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LSW激光螺旋焊

丰田于2012年10月在日本国内推出了雷克萨斯LS的小改款,为了提高车身刚性,首次引进了被称为“激光螺旋焊接”的新型激光焊接法。最近,大家也在新款的普锐斯门洞止口看到了这种连接方式。一直觉得挺神秘的,今天我们就一起来看看丰田一直在推广的连接方式。

分类介绍

激光螺旋焊(Laser ScrewWelding,简称LSW)是一种通过激光束的作用,在板材之间形成熔核的焊接工艺。丰田未公布使焊接点形成圆形的具体方法,不过根据名称想像的话,估计是通过螺旋状的照射激光形成的,激光螺旋焊的原理如图1所示。

图1 激光螺旋焊原理

此前,丰田也是使用激光焊接,具体工艺是在点焊之后的点与点之间激光焊形成细线的方式。焊点之间有由于热影响区的问题必须间隔一定距离,不然会导致短路电流太大而失效。若焊点间隔太大,未结合的面积就会变大,从而使连接强度降低。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录图2 激光熔焊与激光螺旋焊对比

于是,丰田开发了激光螺旋焊。该工艺是在点焊的焊点之间形成多个圆形的焊接特征,从外观来看,形成的是与点焊相同的直径约为5mm的圆形焊接点(首次在LS上采用的4mm,后进行了工艺改良)。激光飞行焊与激光螺旋焊的外观对比如图3,激光螺旋焊LSW与传统点焊交叉应用的示意如图3所示。

图3 激光螺旋焊与传统点焊配合使用

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录激光螺旋焊的外观一面是凹坑(手感像焊点),一面是类似平面(无手感)。其断面效果如图4所示,上方为被连接的板材存在间隙的效果,下方为无间隙零贴合的效果。

图4 激光螺旋焊断面效果

工艺特点

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录激光螺旋焊LSW通过在点焊的焊点之间形成多个圆形焊接点,与形成连续的线幅1毫米左右焊缝的激光焊接相比,增加了接合面积。由于接合面积增加,因此可抑制车门开口部的变形,车身刚性的提高得以实现,如图6是LSW对性能的提升效果展示。

图6 激光螺旋焊对性能的影响

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录提升刚度是丰田一直采用该工艺的原因之一,从2013年在LS上首次应用以来,就一直强调LSW对(门洞止口)刚度的提升作用。图7为普锐斯的车身环状结构示意。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录图7 普锐斯的侧围与C柱环状结构

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录具体有没有这么好的效果呢,不扯别的,我们来看看LSW的具体优点:

1 允许有板件间隙

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录传统的激光焊接由于板材间隙问题,工艺可适应性相对较差,但采用螺旋焊可以吸收板材未贴合带来的配合间隙对焊接的影响。

图8 传统激光焊接的缺陷

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录2 可快速焊接

激光螺旋焊每一点是0.3-0.8秒,比以往的点焊实现了更高速接合。由传统的点焊改为激光螺旋焊,可以使焊接工程减少40%的时间。图9为LSW对产线和二氧化碳排放量的影响。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录图9 传统激光焊接的缺陷

3 可缩短焊接间距

传统点焊会因为焊接间隔短而产生分流,进而导致焊接质量不稳定,但是LSW在焊接间距上没有限制。两者的间隙对比情况见图10。

图10 传统点焊与激光螺旋焊间隙对比

4 单侧工艺

作为激光焊接的特征,一方可达是可能的,因此接合配置的自由度很高,对车身结构设计的限制较小。如图11,激光螺旋焊用于车身C柱环零件的焊接。

图11 激光螺旋焊用于C柱环的焊接

5 可连接多层板

与传统的激光焊接工艺相比,LSW可以有效地熔接3-4片板材。图12所示为激光螺旋焊用于连接多层板的效果。

图12 激光螺旋焊用于多层板连接

应用案例

激光螺旋焊LSW主要由丰田汽车开始研发,目前在量产车型上仅在丰田车系上见过LSW焊点。据连接群大神称,通用汽车GM已经开发并应用了激光螺旋焊工艺。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录1 Lexus-LS-2013

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录图13 Lexus-LS

激光螺旋焊LSW于2012年开始研发,并从2013年开始在丰田各大车系开始推广应用。第一次在雷克萨斯LS上使用,这种技术和它的名字一样酷。

万博bet-万博manbext网页版-manbext网页版登录雷克萨斯LS上采用激光螺旋焊接的部位是A柱到B柱的上部以及B柱到C柱的上部。焊接点数量为单侧30至40个左右。如图14所示。

图14 激光螺旋焊在Lexus-LS上的应用

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