精心整理激光拼焊技术介绍

汽车钢激光拼焊技术及生产线设备系统一、汽车钢激光拼焊技术简介激光拼焊是将不同厚度或不同材质及不同表面状态的钢板剪裁成一定的尺寸和形状，用激光拼焊成一块整体板，在冲压制造后，与其他零件一起装配汽车。据统计在汽车制造中采用激光拼焊板材后,可使零件重量相对减轻24%,零件数量减少19%,焊点下降49%,生产效率提高21%。激光拼焊产品的经济技术优势表现在能显著降低轿车产品的制造成本,并有效地提高轿车的各项性能，是轿车设计及制造的一个发展方向。1.激光拼焊技术的定义汽车车门框激光拼焊成形过程钢卷落料堆垛定位激光焊接冲压2.激光拼焊的优势一、汽车钢激光拼焊技术简介减重（降低油耗、提高车速）在相同强度的情况下，激光拼焊板可以很好的减轻重量。1.2kgofweightsaving(33%)(14%)2.激光拼焊的优势一、汽车钢激光拼焊技术简介增加安全性激光拼焊板可以合理提高：强度准确性；疲劳时效性；吸能效果；防腐能力在有碰撞要求的部位使用高强钢或厚板，在要求低的位置使用低强钢或薄板，提升汽车抗冲撞能力。一、汽车钢激光拼焊技术简介2.激光拼焊的优势减少零件数量通过材料的合理选择减少加强零件数量，减少大量冲压加工的设备及工艺传统设计/部件较多“激光拼焊”只有一件Source:VW激光焊接三条激光焊缝前纵梁结构变化一、汽车钢激光拼焊技术简介2.激光拼焊的优势减少汽车厂的成本和设备投入•使用激光拼焊减少废料传统工艺废料为：0.864kg（工艺补充等因素）使用激光拼焊废料为：0.138kg每个门内板降低废料0.726kg•每车降低1.4kg•零件上的材料门铰链的位置原采用2.0＋0.8mm被1.8mm材料代替，装配后达到同样的强度。材料减少2.15kg－－整车材料减少4kg。•冲压工具和工序减少取消门铰链的加强件的冲压模具，减少投资200万铰链加强件的冲压工序取消，工时取消装配工序减少车门内板一、汽车钢激光拼焊技术简介2.激光拼焊的优势可根据实际需要度身定作•超宽板钢厂为汽车工业提供的板宽受轧机宽度的限制，采用激光拼焊板能有效地提高钢板的宽度，利于宽体车的生产。•材质、厚度选择根据车身设计需求，不同部位零件选择不同强度或厚度的板材进行拼焊、成形。•材料的合理组合利用减少多余工序、设备，降低钢材消耗•镀层选择一、汽车钢激光拼焊技术简介3.激光拼焊的生产应用现状激光拼焊板自1985年正式应用以来，全球目前已建有近300条激光拼焊生产线。其中安赛乐米塔尔公司和蒂森克虏伯拼焊板公司是当今世界最大的两家激光拼焊板生产商和配套商。蒂森克虏伯拼焊板公司（TKTB）在世界范围内建设了14家激光拼焊板加工中心，占有全球激光拼焊产品市场份额的40%，是通用、大众、福特、标致、雷诺、本田等著名汽车厂的主要配件供应商，总计开发了500多种激光拼焊零件产品，其激光拼焊技术一直处于世界的领先地位。2011财年TKTB产量5830万片，销售收入7.068亿欧元。2012年9月武钢斥资收购了TKTB。安赛乐米塔尔公司现有位于欧美和中国的近10家子公司和35条激光拼焊生产线,其产品在欧洲市场的占有率超过50%，开发了约200种激光拼焊产品。2007年与北美最大拼焊板生产厂Noble公司合并激光拼焊业务，生产能力进一步扩大。其他主要的激光拼焊生产厂家有：日本钢铁工程控股公司（JFE）、韩国浦项、意大利Sollak公司、英国工业集团等。一、汽车钢激光拼焊技术简介3.激光拼焊的应用现状蒂森克虏伯公司主要产品TB(Tailoredblanks)—普通拼焊板。焊缝以线性拼焊为主，根据局部的需要充分利用材料的性能和厚度，使零部件的结构和防碰撞性能达到最佳化。这样，强化后的零部件可以明显减少零件数量和降低车体重量。用于：侧板；车门；车轮拱门；侧梁；地板。TEB—蒂森工程拼焊板。焊缝主要为非线性焊缝，焊缝的形状可以自由变化，由更厚或更强材质构成的部分可以达到最佳化。这种非线性焊缝的TEB拼焊板的优点是它能在零件重量、强度、撞击性能以及材料的利用上达到最佳化。用于：车门内板、冲击塔、后挡板Patchworkblanks—“补片”型拼焊板。通过电阻点焊、激光焊或粘接等方式将所需形状“补片”固定在母板上，减少了成型模具并且能够改善局部位置的材料性能。主要用于：其一是采用少量焊点确保“补片”精确定位，在成型后要经过额外点焊确保“补片”和母板达到最佳的连接强度。其二是在成型前采用大量焊点以避免成型后的再次焊接。可用于：罩内板、车门内板、铰链、锁等。3.激光拼焊的应用现状一、汽车钢激光拼焊技术简介Hotform板--用于新型的锰硼高强合金钢的热成型，具有减重和提高强度两种优势。首先将锰硼高强拼焊钢加热到880-950度，可在其表面镀一层铝硅涂层防止起氧化皮，随后冲压成形并以超过30K/s的速度进行冷却，以获得硬质组织，强度通常超过1500MPa。该型拼焊板已用于A5双门轿跑车和新A4。用于起保护人体作用的部件，如B柱、侧梁等。带卷激光拼焊--可以将长达500m的不同厚度(0.6～3.0mm)、不同钢种(碳钢、不锈钢)和不同涂镀层(热镀层、电镀层或有机涂层)的带钢用激光焊机对焊起来，最大卷重可达到15t，用于生产宽板。这项技术的开发工作集中在DP600、DP800、CPWl000、MsWl200这些钢种的组合拼焊上。拼焊带卷可用于座椅导轨、座椅靠背和轮缘等。拼焊管--由管状和丝状的原料拼焊而成，将不同厚度、不同材质和不同涂层的材料组合拼焊，以达到结构的最佳化，比传统部件重量更轻，功能更好，具有更高的附加值。该型产品适用于直径在30-90mm，壁厚0.7-5mm的管状材料。该产品主要用于汽车底盘的保险杠、发动机的轴、阀和挺杆，传动系统的轴、车轮，排气系统的管、加强件等零部件。蒂森克虏伯公司主要产品一、汽车钢激光拼焊技术简介3.激光拼焊的应用现状关于激光拼焊板的生产供应，以欧、美、日等发达国家的情况来分析，其研究和生产的主要可分为三种类型；以欧洲为代表，拼焊板的研究和生产集中在钢厂，根据汽车厂的需求生产出满足汽车设计和生产要求的产品；以日本为代表，由各汽车厂独立完成（前提条件是汽车生产规模相对较大）；以美国为代表，一般由中间公司（这些中间公司大多由钢厂、汽车厂和第三方合资经营）进行研究和生产，将产品提供给汽车厂。我国的激光拼焊板生产以国内外大型钢企合资或独资设立的钢材加工/配送中心为主，生产厂家分布于我国汽车产业发达的区域，二、国内激光拼焊板生产线由（德国）蒂森克虏伯激光拼焊板有限公司与鞍钢新轧钢股份有限公司共同出资兴建的合资公司，主要从事激光拼焊板产品的应用开发、制造、销售和出口，并提供售后服务。主要面向北京和东北地区汽车制造厂商，为一汽大众等供应激光拼焊板。蒂森克虏伯鞍钢新轧(长春)激光拼焊板有限公司由蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司投资成立，配备了一条日本SUMIKURA88吨开卷落料线和三台4-8KWCO2激光机，其中两台Onion公司产，一台London公司，制造和供应14种车身附件，包括前后车门内板、前后纵梁、侧围、底板、车门内侧的A/B/C立柱、轮罩、尾门内板等，目前产能可达460万片，主要面向上海大众、上海通用、神龙、长安福特等公司提供产品。蒂森克虏伯激光拼焊板（武汉）有限公司厚度:2.0mm钢级:DDQEG厚度:0.9mm钢级:EDDEG落料或剪切中间仓库焊接钢卷拼焊板产品三激光拼焊生产线设备系统1.总体介绍1.总体介绍自动落料线+拼焊线三激光拼焊生产线设备系统2.落料线&剪切线1钢卷准备6矫直机11堆垛机2开卷机7活套12切头剪II（预留）3穿带装置8喂料辊4切头剪I9尾料送料辊5清洗机（预留）10压机自动化开卷落料线，具有开卷、清洗涂油、校平、落料和摆剪剪切、堆垛等功能。落料线三激光拼焊生产线设备系统最大摆角：±30°摆角精度：5'落料线中采用摆剪，可将材料利用率提高7%～8%，适合剪裁梯形、三角形、菱形等形状的板材加工。落料线摆剪模2.落料线&剪切线三激光拼焊生产线设备系统3.激光拼焊线汽车激光拼焊板生产线设备系统主要由上料系统、焊接系统、下料系统、控制系统等组成，其中焊接系统包括激光器、碾压装置、定位装置、焊缝跟踪系统、激光焊接系统、在线质量检测装置、烟尘净化装置等部分组成。上下料系统则选用机器人、传送机床、人工等方式。拼焊工艺流程（以SOUTRAC型全自动激光拼焊线为例）：拆垛-上料-预定位-精定位-激光拼焊(进料、焊接和出料)-下料(焊缝检测)-打浅坑-堆垛(检测墙抽检)。三激光拼焊生产线设备系统3.激光拼焊线四、激光拼焊生产线设备系统激光器目前激光拼焊线使用的激光器类型有CO2激光器、YAG激光器、光纤激光器光纤激光器Nd:YAG激光器CO2激光器Disc激光器电光转换效率%3031015BPP4/5kW＜2.52568半导体泵浦寿命/小时＞200,0001,000NA.10,000占地面积/m2＜163＞4维护和操作费元/小时1322813052维护不需要经常需要经常稳定性最佳差好好吸收率(钢)%35351235Soudronic拼焊机系统核心精密夹紧与磁性定位装置焊接穿梭装置SOUVIS®1缝隙跟踪与激光光束导向摄像头激光聚焦头一体式焊接工艺控制装置SOUKA®缝隙碾压对合装置SOUVIS®2焊缝上下几何外形检测摄像头SOUVIS®3局部缺陷探测摄像头3.激光拼焊线四、激光拼焊生产线设备系统SOUVIS1缝隙实际位置缝隙余留间隙基板对齐情况激光光束引导SOUVIS2错位焊缝凹陷焊缝突起过焊和缺焊SOUVIS3局部焊接缺陷跳焊虚焊孔隙基板对齐情况SOUVIS焊缝质量监控与检测装置三激光拼焊生产线设备系统3.激光拼焊线激光视觉焊缝跟踪系统一般包括视觉传感器、图像处理单元、伺服控制单元、运动执行机构以及专用电缆等。需具有抗干扰能力强、跟踪精度高、实时分辨率高等特点。Soudronic拼焊机中包含有三个视觉传感器：激光焊接头前后分别是一个SOUVIS系统CMOS摄像头，前面摄像头负责寻找和跟踪焊缝并可测量焊缝间隙的大小，并反馈给焊丝填充系统，控制焊丝的进给速度;后者负责焊缝正面的质量检测，估算出堆高、下凹尺寸及错边量和焊缝宽度等。下料后还有一个检测机器人带有SOUVIS系统CMOS摄像头，作用是检测焊缝背面的质量。SOUVIS5000系统获取的标准图像尺寸为10mm×8mm，分辨率为10µm，系统的检测速度为30m/min，可探测出直径仅为200µm的针孔，实现了对焊缝三维形面参数与焊缝表面均匀性参数进行同步检测.激光视觉焊缝跟踪系统三激光拼焊生产线设备系统由于激光焊接对焊缝间隙要求很高，一般采用焊缝挤压预成形、碾压预成型、高精度剪板机剪切、激光切割、填丝以及双光束焊接等方法使其满足要求，同时提高板材定位精度。其中的碾压成型技术适用范围较广。3.激光拼焊线碾压系统三激光拼焊生产线设备系统1.激光拼焊工艺概述四、典型汽车钢激光拼焊技术研究现状焊缝外观要求满足ISO13919-1（等同于GBT22085.1-2008）电子束和激光接头常用形状误差，拼焊板成形能力的物理测试实验主要有：杯突实验（实验标准参照：GB4156-2007-T金属材料、薄板和薄带埃里克森杯突试验）拉伸试验（实验标准参照：GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法）成形极限图实验（实验标准参照：金属薄板成形性能与试验方法-成形极限图（FLD）试验（GB/T15825.8-2008）同时针对不同的客户，生产的拼焊板还需满足相应企业的产品质量标准。拼焊板的板材搭配形式可分为：同基材非等厚拼焊、异种基材非等厚拼焊、同基材等厚拼焊等多种形式，其中等厚拼焊为生产宽体车提供了可能。1.激光拼焊工艺概述五、典型汽车钢激光拼焊技术研究现状激光焊接对拼焊板的要求表面质量：钢板表面必须干燥，无锈迹，无附着污染物和金属碎屑，钢板表面允许不大于2g/m2的少量涂油，标识不得直接粘贴在钢板上。剪切断面的要求：焊接边不得有凹陷、缺口和开裂等缺陷，焊接边变形经校直后不得使用。板形及断面形态2.激光拼焊板类