汽車制造商越來(lái)越依賴于激光技術(shù)來(lái)進(jìn)行高強(qiáng)度鋼板的加工處理。無(wú)論是用于焊接、切割或是表面處理，激光加工的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)均得到進(jìn)一步體現(xiàn)。
高強(qiáng)度鋼板在汽車工業(yè)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，這使得汽車的制造成本進(jìn)一步降低。其原因在于，高強(qiáng)度鋼板的使用降低了汽車裝配環(huán)節(jié)中的零部件的數(shù)量，因此降低了生產(chǎn)成本，減輕了整車重量，最終使得汽車的燃油消耗得以降低。
激光堆焊應(yīng)用——表面耐磨處理
新型鋼材的使用并非一帆風(fēng)順，沒有任何障礙。為了獲得高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度性能，通常在成型期間對(duì)汽車零部件進(jìn)行壓力硬化處理。奧地利格拉茨理工大學(xué)的模具與成型研究所進(jìn)行的“Cool Tool”項(xiàng)目正是進(jìn)行了這方面的研究。這套方案包含了一套對(duì)壓力硬化過(guò)程進(jìn)行低溫回火的模具加工系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)利用經(jīng)過(guò)改進(jìn)的技術(shù)，可以更加經(jīng)濟(jì)地對(duì)硼化合金鋼進(jìn)行壓力硬化處理。冷卻通道的幾何形狀就像網(wǎng)絡(luò)一樣布滿于模具內(nèi)部，從而優(yōu)化了冷卻與加熱能力，縮短了加工周期。
模具通常采用球墨鑄鐵材料制成，其成本很低，而且便于進(jìn)行二次加工，但是存在表面強(qiáng)度低、耐磨性差等問(wèn)題，所以有必要在承受高載荷區(qū)域覆上一層高硬度材料，激光粉末堆焊就可完成這個(gè)操作。事實(shí)證明，激光粉末堆焊是一種很好的完成此種工藝的方法。通快激光系統(tǒng)公司也進(jìn)行了此種工藝的研究，并且開發(fā)出了金屬粉末直接沉積設(shè)備(Direct Metal Deposition，DMD)。
在這種工藝中，金屬粉末以與激光光束同軸的方向被送入工件表面激光熔池中，而不必對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱。金屬粉末與基體材料一起形成了高強(qiáng)度的耐磨冶金混合物。與傳統(tǒng)的燒結(jié)方法相比，激光粉末沉積有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：熱輸入量小，硬度增加而且表面裂紋減少；涂層內(nèi)部硬度有限分布，摩擦系數(shù)好；基體材料變形微乎其微，殘余應(yīng)力在成型中不會(huì)導(dǎo)致裂紋。而且激光粉末沉積完全可以用于自動(dòng)化生產(chǎn)。
三維激光切割——無(wú)可替代的方法
切邊是對(duì)高強(qiáng)度鋼板的另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。三維激光器切割適用于成型鈑金件的切邊，特別是對(duì)于強(qiáng)度高達(dá)1500 MPa的鋼板，因?yàn)闆]有其他的加工方法可以替代。在這種情況下，用戶就沒有必要對(duì)昂貴的沖壓設(shè)備和剪裁設(shè)備進(jìn)行投資。因?yàn)樵诩庸み@些高硬度的材料時(shí)，傳統(tǒng)設(shè)備的沖模或者刀具的使用壽命會(huì)大大縮短，而激光切割就不必考慮這些問(wèn)題，還具有安裝時(shí)間短、可靈活更換產(chǎn)品或樣品生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
通快的三維激光產(chǎn)品TruLaserCell已應(yīng)用于大眾帕薩特B側(cè)圍的切割，當(dāng)然包括切邊。B側(cè)圍由高強(qiáng)度鋼板熱成型而成，其硬度很高而且要承受很大的應(yīng)力。高強(qiáng)度鋼板所制的B側(cè)圍增加了耐沖撞力，提高了汽車的安全性。這也是盡管高強(qiáng)度鋼板的成本較高，可是汽車制造商還是愿意使用的原因。
激光焊接——效率、柔性、經(jīng)濟(jì)
激光既可進(jìn)行高強(qiáng)度鋼板的切割，也可用于焊接。激光焊接效率更高，更加經(jīng)濟(jì)，而且焊接質(zhì)量得到很大提升。但激光焊接對(duì)精度要求更高，而且激光器的投資成本相對(duì)而言也比較高。
同激光切割相似，激光焊接的優(yōu)勢(shì)之一就是熱輸入量很小。因?yàn)閷?duì)于高強(qiáng)度鋼板來(lái)說(shuō)，在熱輸入量過(guò)大的情況下，其中某些合金就會(huì)喪失高強(qiáng)度的特性。激光焊接同樣也是高質(zhì)量的加工過(guò)程，只有很小的熱變形，幾乎不會(huì)使材料產(chǎn)生翹曲，其精度也無(wú)與倫比。除此以外，激光還可以用來(lái)焊接某些不可想象的部件，如轎車后擋板和頂蓬連接處。而且，激光焊接與傳統(tǒng)點(diǎn)焊相比，需要的凸緣更小，這同樣降低了車身重量和燃油消耗。要實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)越性，連續(xù)焊縫是必要的。
掃描焊接(Scanner Welding)則提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好經(jīng)濟(jì)性，特別是對(duì)于某些部件需要很多短的搭接焊縫時(shí)更是如此。掃描焊接也被稱之為遠(yuǎn)距離焊接(Remote Welding)，這是一種使用掃描鏡組的動(dòng)態(tài)焊接工藝。通常的工件移動(dòng)或者是焊接鏡組移動(dòng)時(shí)間減少了。一個(gè)或兩個(gè)振鏡在掃描鏡頭內(nèi)將激光光束快速在焊縫之間切換，所需時(shí)間幾乎為零。焊縫之間的距離越大，工件上的焊縫數(shù)量越多，這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)越明顯。可以采用各種形狀的焊縫而不要增加焊接時(shí)間，這使得熱變形進(jìn)一步降低。采用這種技術(shù)，焊接時(shí)間可以降低60%。因此，一個(gè)掃描鏡組工作站可以替代幾個(gè)傳統(tǒng)的焊接工作站。
在使用這種掃描焊接技術(shù)后，汽車車身的結(jié)構(gòu)件可以變得更加靈活。焊縫形狀可以根據(jù)焊點(diǎn)的強(qiáng)度要求采用不同的形式。這樣，焊接凸邊的尺寸相對(duì)電阻點(diǎn)焊可以進(jìn)一步減小。汽車制造業(yè)因此得益于重量更輕、更加經(jīng)濟(jì)的高強(qiáng)度零部件。而且，激光掃描焊接僅需要從工件一側(cè)進(jìn)行焊接，這可以使得接頭尺寸減小，降低車身重量但保證了車身強(qiáng)度。
例如，掃描焊接工作站可以采用通快TLF激光的TrumaScanL4000或者是PFO配合工業(yè)機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種工作站也可以對(duì)整個(gè)車身進(jìn)行三維加工。通快公司的高光束質(zhì)量的TruDisk固體激光器用來(lái)配合機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行掃描焊接。
對(duì)未來(lái)車身結(jié)構(gòu)的研究表明，掃描焊接系統(tǒng)相對(duì)于電阻點(diǎn)焊來(lái)說(shuō)，可以降低30%的投資成本，減少50%的加工區(qū)域，縮短60%的加工時(shí)間。
結(jié)論
激光技術(shù)為加工處理高強(qiáng)度鋼板開啟了一條新渠道，提高了經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)計(jì)未來(lái)激光技術(shù)還將對(duì)汽車設(shè)計(jì)產(chǎn)生巨大的影響。