2021年3月23日-24日，由蓋世汽車主辦的“2021年中國(guó)車身大會(huì)”隆重召開(kāi)。本次大會(huì)重點(diǎn)圍繞整車輕量化、汽車安全法規(guī)、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車身先進(jìn)材料、仿真技術(shù)、模塊化架構(gòu)車身等行業(yè)焦點(diǎn)話題展開(kāi)探討，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展出謀劃策。會(huì)議期間，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 陶武發(fā)表了精彩演講，內(nèi)容如下。

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所 陶武

大家好，上海光機(jī)所激光智能制造技術(shù)研發(fā)中心主要有四個(gè)方向：高功率激光焊接工藝和裝備；超快激光精密制造；激光沖擊強(qiáng)化；激光增減材一體化制造裝備。當(dāng)前已形成1+X的協(xié)同創(chuàng)新模式，上海光機(jī)所為技術(shù)創(chuàng)新源泉，分支機(jī)構(gòu)（南京先進(jìn)激光技術(shù)研究院，杭州光機(jī)所，蕪湖激光技術(shù)應(yīng)用示范中心，九江激光技術(shù)應(yīng)用示范中心）為技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化基地。此外我們也在先進(jìn)焊接及連接領(lǐng)域開(kāi)展相關(guān)研究，包括電阻點(diǎn)焊，膠接，鉚接等。

我們實(shí)驗(yàn)室已有不同的科研儀器設(shè)備。在高功率焊接方向上我們有：10千瓦光纖激光器、15千瓦光纖激光器、6千瓦半導(dǎo)體激光器。在激光精密加工方向上，我們有皮秒激光器、飛秒激光器，1.5千瓦單模激光器，QCW激光器。此外還包括不同的弧焊設(shè)備：CMT冷弧焊機(jī)、等離子弧焊機(jī)、TPS 500i弧焊機(jī)。電阻點(diǎn)焊方向上有基于WTC/OBARA/BOSCH/商科等控制器的點(diǎn)焊系統(tǒng)。此外分析檢測(cè)設(shè)備包括：拉伸機(jī)、高速相機(jī)、電流壓監(jiān)測(cè)儀等等。

研發(fā)中心主要圍繞輕質(zhì)、難加工、高性能材料的激光智能制造展開(kāi)研究，同時(shí)也包括材料的認(rèn)證測(cè)試，高端裝備的開(kāi)發(fā)。

下面就我們?cè)谄囕p量化材料焊接方向上的工作給大家匯報(bào)一下：

第一個(gè)要介紹的是第三代高強(qiáng)度鋼激光點(diǎn)焊。第三代高強(qiáng)鋼與第一代和第二代汽車鋼相比，其合金元素豐富和熱處理工序較復(fù)雜。在使用常規(guī)電阻點(diǎn)焊第三代高強(qiáng)鋼時(shí)候，接頭性能極易弱化，通常出現(xiàn)界面斷裂。我們從2012年開(kāi)始研究激光點(diǎn)焊，當(dāng)前激光點(diǎn)焊方法在實(shí)際應(yīng)用中還面臨著不同挑戰(zhàn)。我們開(kāi)發(fā)了不同的激光點(diǎn)焊方法。首先我們采用常規(guī)激光點(diǎn)焊工藝對(duì)第三代高強(qiáng)鋼可焊性展開(kāi)研究，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是增大焊接輸入或者增大激光功率密度只能在一定程度上使焊點(diǎn)尺寸增大，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)中心的凹陷，這對(duì)性能損傷是非常大的。所以我們開(kāi)發(fā)了不同的激光點(diǎn)焊的方法，用高速相機(jī)在焊接過(guò)程中實(shí)時(shí)拍攝上下表面等離子體的變化。等離子體在一定程度上是反映激光能量的位置或者及吸收的變化。左圖顯示的是常規(guī)激光點(diǎn)焊，等離子體主要出現(xiàn)在下板的，這意味著激光能量穿透下板之后，大部分板料損失了，所以激光焊點(diǎn)尺寸難以長(zhǎng)大。右圖表明采用新方法激光能量基本上被完全吸收。

這個(gè)方法的優(yōu)勢(shì)，首先使焊點(diǎn)尺寸增大之后力學(xué)性能有所提升，和常規(guī)激光點(diǎn)焊相比提升60%以上，即使和電阻點(diǎn)焊相比也有大概20%的提升。另外一個(gè)優(yōu)勢(shì)是在焊接鍍鋅鋼板時(shí)無(wú)需設(shè)置間隙就能獲得非常好質(zhì)量的焊點(diǎn)。

此外，我們在激光拼焊第三代高強(qiáng)度鋼上也取得新突破。采用常規(guī)激光拼焊工藝，拼焊接頭易沿著焊縫處開(kāi)裂。當(dāng)前處理方法是，激光拼焊之后先放置一段時(shí)間，通常需要2~3天或采用熱處理的方法。采用傳統(tǒng)的方法，需要增加倉(cāng)儲(chǔ)，降低了制造效率，有潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。我們開(kāi)發(fā)了新的激光拼焊新工藝，實(shí)現(xiàn)焊接之后無(wú)需人工或自然時(shí)效，接頭直接斷裂在母材，新方法可以很好地降低成本并提高制造質(zhì)量。

在鋁硅鍍層熱成形鋼激光拼焊上我們也實(shí)現(xiàn)了新的突破。過(guò)去鋁硅涂層熱成型鋼主要受阿米兩個(gè)專利的壟斷，一個(gè)是鋁硅涂層方法及熱成形工藝，一個(gè)是部分去除鋁硅土層+激光焊接。如果不做預(yù)處理直接焊接，鋁會(huì)進(jìn)到焊縫里面生成軟化delta鐵素體相，造成接頭性能急劇下降。我們提出的方法是采用激光填絲方法，這個(gè)工藝和焊絲成份是我們特殊設(shè)計(jì)的，新方法在杯突測(cè)試性能良好，熱沖壓之后接頭性能與母材相當(dāng)，當(dāng)前該技術(shù)正在跟汽車零部件供應(yīng)商進(jìn)行中試。

后面介紹一些我們?cè)阡X合金激光焊接方面的工作。鋁合金被廣泛地應(yīng)用在汽車、航空航天等領(lǐng)域。由于鋁合金特殊的材料物理性質(zhì)，熔化焊鋁合金非常困難。當(dāng)前汽車和航空航天上主要采用鉚接的技術(shù)。但鉚接的方法在新一代鋁合金上也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，比如鉚接7xxx鋁合金時(shí)候，在連接接頭通常出現(xiàn)裂紋。為實(shí)現(xiàn)不同鋁合金之間的連接，我們發(fā)明了牛頓環(huán)電極及相關(guān)鋁合金焊接新工藝。不同于傳統(tǒng)的電阻點(diǎn)焊，牛頓環(huán)電阻點(diǎn)焊技術(shù)從外向內(nèi)定向形核，而普通電阻點(diǎn)焊是從內(nèi)向外形核，而且形核是隨機(jī)的。牛頓環(huán)電阻點(diǎn)焊新技術(shù)在控制飛濺的生成及變形上有著良好的效果，此外牛頓環(huán)電阻點(diǎn)焊新方法可以實(shí)現(xiàn)不同系列鋁合金的焊接，包括2xxx,5xxx, 6xxx,7xxx，型材，鑄鋁等的連接。

我們做了不同電阻點(diǎn)焊方法電極壽命的測(cè)試。 選用6系鋁合金進(jìn)行電極壽命測(cè)試。從開(kāi)始一直焊到210個(gè)點(diǎn)，然后做截面分析，看焊點(diǎn)尺寸的變化，以及接頭力學(xué)性能?？梢悦黠@的看到，常規(guī)的大球面電極基本上焊完60個(gè)點(diǎn)之后，焊點(diǎn)尺寸就非常不穩(wěn)定了，向著一頭大一頭小方向發(fā)展，但是我們牛頓環(huán)電極焊完120個(gè)點(diǎn)之后，同樣可以保持很好的圓度，同時(shí)焊點(diǎn)吸能也是比大球面電極高出10%。牛頓環(huán)電極從60點(diǎn)開(kāi)始在環(huán)周圍出現(xiàn)輕微粘黏，在210點(diǎn)之后依然僅在環(huán)周圍，而大球面電極30點(diǎn)之后即嚴(yán)重粘黏。我們采用牛頓環(huán)電阻點(diǎn)焊焊接7xxx鋁合金門檻。同時(shí)也在汽車廠商那里測(cè)試了電阻點(diǎn)焊+膠接鋁合金車門的中試實(shí)驗(yàn)，焊點(diǎn)質(zhì)量均滿足實(shí)際需求。

在鋁合金激光焊接方面我們也開(kāi)展了很多工作，這些是一些案例。這是薄板1-1.5毫米，對(duì)產(chǎn)品有一個(gè)密封的要求以及承受保壓要求，對(duì)焊接要求非常高。一個(gè)是要求沒(méi)有氣孔，一個(gè)是整個(gè)焊縫非常長(zhǎng)。我們已完成相關(guān)產(chǎn)品測(cè)試，密封性能夠滿足需求。

在鋁合金填絲焊和激光電弧復(fù)合焊，包括型材背壁不焊透，以及搭接各種類型的接頭形式。

我們的工作還包括汽車材料的認(rèn)證。材料主要包括各類鋼種、鋁合金和鎂合金，方法主要包括電阻點(diǎn)焊，激光含，弧焊，膠接的各種方法。可以按照不同主機(jī)廠標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)標(biāo)，ISO/AWS/SEP等開(kāi)展相關(guān)測(cè)試工作，當(dāng)前客戶包括國(guó)內(nèi)外不同的鋼廠和鋁廠。

在電阻點(diǎn)焊的測(cè)試上，我們提供材料的焊接窗口、接頭性能、裂紋傾向、金相硬度、電極壽命等相關(guān)測(cè)試。在弧焊方面，我們給客戶提供參數(shù)范圍、接頭性能、氣孔掃描、裂紋檢測(cè)等相關(guān)的測(cè)試。膠接方面包括膠接制樣，常規(guī)固化、高低溫固化，鹽霧/高溫高濕測(cè)試等等。

以上就是今天我們主要介紹的內(nèi)容，這是楊老師和我的聯(lián)系方式，如果大家有什么疑問(wèn)或者需求可以后面再交流，謝謝大家。

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