匠心工艺 | 激光先进制造提升汽车制造业水平

6月14日，由中国高科技门户OFweek维科网及高科会主办，OFweek激光网承办的“OFweek2019（第十五届）中国激光技术及工业应用论坛”在深圳前海华侨城JW万豪酒店正式举办。华中科技大学唐霞辉教授出席了本次会议，为大家带来“激光先进制造提升汽车制造业水平”的主题演讲，介绍了汽车板落料、拼焊过程中，激光技术发挥的重要作用。

汽车板的高速落料

大家都知道，激光切割未来的发展趋势，主要是围绕高精度、高速度、高功率、大厚度、宽幅面，再就是三维切割、特种材料切割几个方面。

在激光切割领域，随着我们现在光纤激光器功率不断提高，加工板材越来越厚，切割速度也越来越快。以前我们无法想象可以用激光进行落料，因为激光功率不够，模式跟不上。而当激光切割速度达到一百米以后，在超薄板加工这一块就获得了绝对优势。与一般机械加工的方式相比，激光加工的费用能减少50％。

唐教授介绍说：“现在汽车板的用量越来越大。2018年国内汽车产量大概有3000多万辆，钢材需求6500吨，汽车剪裁板用量4200万吨。现在热成型高强板也越来越多，现在达到1500PA。热成型高强板目前最大的问题就是冲压很困难，所以以后汽车板的需求要从规模化向定制化转换，而这就需要激光来进行汽车板的加工。”

采用现有的机械类加工方式，一台设备的价格大概7000多万，一套模具的开模费用约220万，开模时间大概一个月到两个月，面对复杂形状时落料更加困难。现在我们汽车板落料生产线主要是依赖进口。德国的舒勒公司在汽车板落料这一块做的非常好，它在德国法兰克福建立了全球第一条激光落料生产线。这种生产线不需要开模，解决了高强板落料困难的问题。此外，由于激光落料边上的余料很小，通过排版之后，整体可以节省10％的材料。

这个系统十分复杂，包括异形汽车板布料、多激光头（不是一个激光头，根据板子的形状，需要有两个三个甚至四个头）、高精度协同作业、切割轨迹、切割工艺，包括废料的分解，需要机器人来进行来完成。

唐教授表示：“之前我们承担了一个国家863项目，就是开发这个设备，从开局一直到堆垛整体的产线。华东科技大学机械学院在这个方面有很多校友取得成果，这是我们机械学院一个81级的校友的成果。他在2011年开发了一个3头激光落料生产线，他应该是国内第一家真正能够做整套生产线的。这个产线速度非常高，能达到每分钟75米以上，有可能达到120米，它还是多个激光头同时进行作业，整个系统的优化做的非常好。这解决了我们汽车行业里面切割落料的重要问题。”

汽车板激光拼焊

当前汽车板拼焊的应用量越来越多，需求量越来越大，包括汽车的内板、底板、立柱等不等厚钢板的拼焊拼焊。它具有提高产品质量，降低生产成本，尤其是减轻他的车重，减少油耗，保护环境等各种各样的优势。

激光拼焊的特点是，它能将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。激光焊接速度快，很少变形，省去了二次加工。减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。车身的重量可减少56kg。

采用激光焊接以后，整个焊接接头的性能也非常好，它的强度、耐腐蚀性、杯突值、盐雾值都能达到使用要求。唐教授介绍说：“这个工艺主要有三个要素，第一个是裁，第二个是拼，第三个才是焊。这个生产线比较复杂，包括开卷、校直、落料、堆垛、激光焊接、打浅坑（如果需要）、堆垛包装整套程序，包括它的压紧方式也非常重要。”

焊接包括各种各样的影响因素，比如工艺参数，激光光束质量及其焦点稳定性、光束功率模式稳定性、焦点漂移等。典型的应用包括门内板，立柱，前纵梁等。

唐教授表示：“德国蒂森在这一块做了很多研究，他的产品质量、稳定性、可靠性、批量生产这一块做得非常好。还有上海阿赛洛也有很多生产线，阿赛洛的激光拼焊生产线在国际上有很大知名度。武汉华工激光也开发了很多拼焊生产线，包括上料、切割、点焊、压紧、缝焊、出料等。”

车身在线焊接与汽车零部件焊接

接下来，唐教授介绍了与神龙合作开发的汽车板拼焊系统，包括：汽车板顶部的焊接系统，能在13秒时间内完成1.4米的焊接；车身成型的生产线，有6个机器人同时工作，工装夹具非常复杂；顶盖生产线，对夹具及每一个动作进行分解。

此外，他还介绍了焊接工艺研究的5个方面：焊接过程的稳定性控制、焊缝缺陷控制、焊缝形状与组织控制、复杂结构焊接过程控制、激光焊接新技术的研发。

最后，唐教授介绍了汽车单元零部件及特种激光焊。目前包括安全气囊、汽车座椅调角器、座椅滑道、后备厢等各种各样的汽车零部件都采用激光焊接，在很多塑料件制作上采用的是半导体激光焊接方式。

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