嘉定这项技术打破了国外技术垄断

2018-4-16 11:54:40 来源:上海嘉定 编辑:Hans 3522人阅读 评论(0) 我要评论 字号:T / T

可能有80%的女性每天都在想着减肥,就像80%的新能源汽车,整车生产商每天也在想着如何给汽车“减重”一样。给汽车“减重”,即汽车的轻量化,就是在保证汽车安全性能的前提下,尽可能地降低汽车整车重量,从而减少油耗能耗,降低污染排放。

汽车轻量化

新型轻量化材料的使用,是实现汽车轻量化的有效手段之一,但同时也带来了一个新问题,新型材料因其本身的特性及表面成分不同等原因,给焊接带来巨大困难。

今年大雪时,中国科学院上海光学精密机械研究所杨上陆研究员,在手机上看到这样一条朋友圈消息:你在寒冷的大上海看雪景,我在遥远的法兰西拍蓝天……敢问铝焊哪家强,遇上七系都投降。

消息的发布者是某著名汽车厂家的一位工程师,当时他正为解决七系铝合金的连接问题而“把栏杆拍遍”。铝合金是目前应用最广泛的汽车轻量化材料之一,杨上陆介绍,当前用于连接铝合金材料的主要是机械连接方法,比如自冲铆接方式。

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机械连接方法制造成本高,敏捷度较低,以捷豹XF为例,全车共有2503个铆接连接点,要配307种铆枪,53种不同类型的铆枪头和33种铆钉以及20种凹模,以便连接车上的不同材料组合。

选择激光焊接的话,制造敏捷度高,只需改变焊接程序,就可以实现同质材料之间的不同组合的焊接需求,与自冲铆接相比,激光焊接成本低、效率高。

但激光焊接也存在问题,使用传统的激光焊接工艺,五系铝合金在焊接过程中容易出现气孔,六系和七系铝合金易开裂,影响汽车的安全性能。此前,这方面的核心专利一直被国外少数国家掌握,对于中国的汽车产业来说,有关的装备和工艺主要依赖国外,必须用新技术解决新问题!

通过对激光焊接铝合金缺陷产生的机理研究和无数次的试验,杨上陆及其团队开发出一种能够精准控制输出到焊接点处激光能量的算法,使激光的能量大小可随焊接时间变化而变化,同时为激光运行路径设计出最优路径,二者结合,就可以避免铝合金材料上气孔和裂纹的出现,与自冲铆接方式相比,这一新工艺将生产效率大幅提高,因此有望大幅减少生产占地使用面积。

第三代高强钢也是实现汽车轻量化的一种重要新材料,为了防腐蚀,钢板通常要镀上锌层,但锌层的存在给焊接带来新的挑战。传统的电阻点焊会产生液态金属裂纹,影响汽车的安全性,而激光焊接镀锌钢板又容易造成孔洞和飞溅,影响焊缝质量不说,后期还必须进行打磨,增加了工序。为了解决这个问题,全世界有关的专利超过150个这些专利技术都从某种程度上解决了一部分问题,但难以满足汽车复杂生成环境的需求,过去,为了避免高压锌蒸汽带来的焊接问题,汽车行业通常采用凸台前处理加激光焊接的方式来焊接镀锌板,但是一个焊点通常需要制造多个凸台,费时费力。 

杨上陆及其团队研发出零间隙激光焊接镀锌钢板工艺,通过对激光能量和路径的精准控制,不需要凸台就可以直接焊接镀锌板,较传统电阻点焊效率提高了3-5倍,使用新的焊接技术,有望将生产线减少一半。

“不仅仅是铝合金、镀锌板,我们在其它新材料的激光焊接新工艺研发方面还有布局。”杨上陆介绍,目前超高强度热成型板异性材料之间的连接等,都已进入实验室测试阶段。此外,成套的激光焊接装备也在研发中,位于永盛路上的上海光机所先进激光技术应用中心,目前已经建设完工专门针对汽车用新材料的激光焊接新工艺和高端装备研发平台。今年年底前即可投入使用,届时,开发出的面向汽车用新材料的高端激光,焊接装备将在此进行测试。


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