激光制造技术在汽车行业中的应用

汽车工业的发展对车体质量提出了更高的要求。激光技术具有加工质量好，生产效率高等优点，在汽车制造应用中，起到了至关重要的作用。

1、引言

激光制造是中国制造2025发展战略的支撑技术。激光智能装备应用于航空航天、船舶制造、海洋工程设备、石油石化、国防等领域的大型装备制造，涉及激光焊接、切割、精密钻孔、刻线、表面改性、清洗、增材制造等工艺。汽车工业是激光加工应用最多的领域之一，欧美等工业发达地区中，50%-70%的汽车零部件使用激光加工技术制造。在工业发达国家中，全世界约有3万多台激光加工设备用于汽车工业，每年数以百计的激光加工机投入使用。我国汽车产业中激光技术应用市场巨大，经济效益不断上升。汽车行业中的激光加工技术主要有：激光切割、激光焊接、激光相变硬化、激光熔覆、激光合金化、激光打孔等。

2、激光切割与汽车板高速落料

汽车工业中，激光切割工艺采用大功率光纤激光器，以提高切割速度和切割质量。在汽车样车和小批量生产中则大量使用三维激光束切割机，对普通铝、不锈钢等薄板、带材的切割加工，其切割速度可达10 m/min以上，大幅缩短了生产周期，比机械加工方式的加工费用减少50%。激光切割和机器人技术的结合，使其功能得以更大地发展，特别是在车型不断变化的小批量生产中，激光切割和机器人技术结合更有其优越性。

汽车板落料生产线上，有一种传统的通用带料剪切设备叫做飞剪，通过在带料运动中进行跟踪剪切，大幅提高下料的速度，但由于切刀是直线的，只能得到矩形和梯形坯料，应用范围受到限制。而现有的激光切割设备，切割形状不受限，但在进行切割时板料都是静止的，进料和出料不能同时进行，影响了带料的处理速度。

激光切割落料线对上述两种设备的工作理念进行巧妙组合，即在带料运动中用激光切割机对其进行飞割（跟随切割），其目的是为了解决连续的金属和非金属带料的无模具快速下料问题，以降低下料设备的投资、模具消耗成本，并且有效提高材料的利用率。采用激光落料，无需制造模具，采用先进的排样软件及控制系统，产品规格形状转换迅速。对于今后高强汽车板，采用激光落料成为当务之急。

3、汽车板激光拼焊

激光拼焊技术（Tailor welded blanks，TWB）应用于车身制造具有很多明显的优势。例如减轻车身重量、减少汽车零部件数量、提高原材料利用率、提高结构功能和安全性，为生产宽体车提供可能，增加产品设计灵活性等。图1所示为车身制造中所用的一些典型激光拼焊件。

图1.激光拼焊件在车身制造中应用

德国Thyssen钢铁公司在20世纪80年代率先开始生产激光拼焊汽车板。目前全球已建有500多条激光拼焊生产线，西欧生产的拼焊板约占世界总产量的70%，美国约占20%，日本约占10%。随着国内汽车工业的高速发展，激光拼焊技术也得到了快速应用，目前，国内已有20多家激光拼焊板生产中心，近100条生产线，年加工激光拼焊板的能力达到6000多万片。随着人们对节能减排及车身轻量化要求的不断提高，一些新的车身轻量化技术也得到了迅速发展和应用，成为激光拼焊可能的替代技术。

蒂森克虏伯公司新开发的钢卷拼焊技术成功用于汽车板生产。过去，激光拼焊板技术仅限于生产长3 m左右的钢板，随后还必须对钢板进行剪切和激光焊接。钢卷激光拼焊技术首次实现了拼焊产品成卷供货，采用该项技术的钢卷拼焊生产线可以将长达500 m的不同厚度（0.6-3.0 mm）、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15 t。拼焊带卷同拼焊板一样，可用于座椅导轨、座椅靠背和轮缘等，其优点是：提高焊接效率，降低重量，提高零件性能，降低零件整合时的成本。拼焊卷可采用如连续模、辊压成型和多工位压力机成形加工。