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激光帶你駛入汽車輕量化浪潮

發布時間:2017/9/5     信息來源:http://www.mediaworksasia.com   作者:激光切割機    0

AG亚游集团可以看到,汽車行業輕量化理念的推廣日益壯大。輕量化,是在保證汽車強度和安全性的前提下,盡可能地降低汽車整備質量,減少油耗,降低汙染的一種理念和方法。

除了節能環保,在駕駛體驗方麵,輕量化後汽車加速性能也得到提高,而且在碰撞時由於慣性小,製動距離也減少。此外,車輛每減輕100公斤,二氧化碳排放可減少約5克/公裏。因此,汽車的輕量化已經成為世界汽車工業發展的潮流。正如某汽車品牌所提出的觀點,“每一克,都意義重大”。

由於光纖激光器在高度自動化、高度靈活化的生產係統中的重要性逐步凸顯,激光方案覆蓋了汽車製造行業所有應用領域。AG亚游集团先來看看下麵這篇在以通用汽車為代表的美國汽車工業中,鋁車身製造中的激光焊接應用介紹。

鋁合金的使用——已經在路上

鋁合金的重量大概是碳鋼的三分之一,然而它們的強度卻相似。據美國鋁業協會的鋁運輸部估計,用鋁合金替代碳鋼每減重10%,車輛油耗最高可節省7%。

盡管現在社會趨勢特別強調輕量化,“在汽車行業鋁合金不算新材料”,位於密歇根安阿伯的汽車研究中心總裁及CEO傑巴倫說到。他指出,1923年福特推出了一輛鋁合金轎車,在60年代,汽車廠進行了複合材料實驗。到了70年代中期,汽車上鋁合金部件的重量還低於100磅(45.36 kg),而到了2013年該重量增加到350磅(158.76kg)。據2014年位於密歇根州特洛伊的德魯克全球的一項研究,到2025年汽車上的鋁合金重量被期望達到500磅(226.8 kg)。在很多領域,美國汽車工業剛剛開始趕上歐洲同行。

與以前不同的是,巴倫說,現在已經加快使用鋁合金替代碳鋼了。這為激光器提供了機遇。近2年來,例如IPG Photonics的 CEO Valentin Gapontsev在季度電話會議中提到“汽車工業采用高強鋼和鋁合金生產輕量化汽車的趨勢推動了光纖激光器的應用。”

主要使用光纖激光器焊接CT6車身鋁合金的通用汽車,2013年才開始在車身鋁合金上使用激光焊接。到現在,通用汽車已經在多款車型,例如Cadillac Escalade(攀登者),Chevrolet Suburban(雪佛蘭巨無霸),Tahoe(太浩),以及GMC Yukon(育空)也是用激光焊接鋁合金的,加西亞說到。

 

通常,汽車廠激光焊接主要用於懸架結構,例如將車門和後蓋與白車身焊接在一起。凱迪拉克CT6的鋁合金頂棚與車身的連接以及後備廂蓋總成的連接就是采用了激光焊接工藝。

利用激光融化鋁材質的釺料實現鋁板之間的連接。其中後備廂蓋的鋁激光焊接焊縫無需經過打磨等處理就能夠進行後續的塗裝作業,足見該焊縫表麵的平滑程度。而頂棚與車身之間的鋁合金焊縫也無需打磨,僅需在塗裝前塗上一層膠液並刮平即可保證後續漆麵塗裝質量。

此外,整車廠最近開始采用激光器焊接內部構件,例如鋁合金濾清器和操舵杆,以及電動汽車電池的鋁合金外殼、銅極片等。

激光工藝vs非激光工藝

有大量IPG Photonics的光纖激光器用於車身線焊/釺焊應用。實際上,IPG在2015年5月投資者會議上闡述,他們相信光纖激光器焊接的市場機遇遠遠大於切割市場的市場機遇。

IPGPhotonics對采用激光線焊機(LSS,一種集成激光焊接和工件夾持的機器人焊接工具,可瀏覽下方視頻)取代幾種汽車應用中的電阻點焊工藝充滿信心。在某次季度電話會議上,ValentinGapontsev表示LSS能用於加工不同的材料,例如碳鋼、鋁合金、不鏽鋼,而且焊點的強度是傳統電阻點焊的兩倍。”

當激光器開始用來替代電阻點焊機的時候,“激光器的使用並沒有因鋁合金使用量的波動而有大規模的波動”,林肯電氣全球汽車事業部經理蒂姆赫爾利表示。相反,“激光焊接開始用於原可使用電阻點焊進行的碳鋼部件的焊接。”他表示鋁合金的高導熱率以及電阻點焊會產生的痕跡給了激光焊接很大的機遇。然而,有時激光焊接的優勢取決於被加工的合金,有一部分合金容易產生裂紋並需要填絲。

“憑借高速、低熱輸入和低變形率,以及應用的整體靈活性,激光工藝成為汽車工業過去二十年中的關鍵組裝工藝,”裏奇曼表示。“由於激光焊接的卓越焊縫質量,它主要用於對外觀有嚴格要求的應用。”

當鉚焊成為鋁合金部件焊接的熱門工藝時,巴倫說他期待整車廠大幅減少對這些機械固定件的依賴。例如通用汽車就在CT6上成功的少用了約1800個鉚接點,通過焊點強度更高的激光焊接減少了4磅(1.81 kg)的重量。

“鉚焊會增加重量。激光焊不會增加重量,”巴倫說道。

巴倫補充到,對激光焊接構成最大威脅的鋁合金非激光焊接工藝,可能是越來越複雜、比點焊更好的粘接工藝。然而,加西亞說到通用汽車更加信賴激光焊接,這部分減少或替代了粘接工藝或者線焊工藝。

艾瑞克斯泰爾斯,IPG Photonics中西部應用經理說激光焊接還可以取代氣體保護金屬極弧焊。然而,這種工藝的熱輸入對於焊接更薄的板材來說太高。激光焊接的其他機遇還來自於整車廠采用沒有法蘭或者使用更小法蘭的部件設計。

“激”(機)遇開放

“有些車廠在開發激光焊接的潛力,以降低或消除車門,發動機罩和護甲板設計中的鈑金焊接法蘭。在這些應用中,激光焊接被用於取代在薄板裝配中內外側板的傳統成型縫焊。如果成功,這可能會是未來激光焊接運用中有更多潛力的應用,”裏奇曼說到。

汽車零部件,例如車門,通常在對多層金屬板通電焊接的點焊工藝中對焊接法蘭加壓。采用激光焊接,例如CT6的車窗法蘭厚度為6 mm,而傳統的點焊車窗法蘭厚度為10-15 mm。當全車身焊接法蘭都減小時,就會顯著降低車體的重量。加西亞說激光焊接的線性焊縫允許更小的法蘭,而點焊的環形法蘭卻有5-7 mm大小 。

巨大的成本優勢

鋁合金和激光器的成本影響了激光焊接在汽車工業中的應用。過去10年4 kW激光器的價格下降了66.7%,而碳鋼的價格卻比鋁合金便宜1/3。而且鋁合金價格下降沒有激光器價格下降的多,從2006到2015年,鋁合金每噸的年度平均價格僅下降了12%。

巴倫說,隨著汽車業務模式趨向於采用更多技術,“激光器注定會有更多機遇。”加西亞補充說,通用汽車對激光器的使用率“取得增長因為AG亚游集团對這種技術更加自信。”考慮到汽車及航空航天行業通常引領工藝趨勢,激光器廠商期待著製造商們加入輕量化技術的行列。而其他像汽車和航空航天這兩個對重量敏感的行業,許多企業則可以從鋁合金可帶來的減重中獲益。

“鋁合金有許多優勢,從輕量化到防腐蝕,所以當汽車行業中鋁合金的使用增加時,必然會給其他工業帶來機遇。”IPG Photonics的斯泰爾斯說到。

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