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如何用人話評價鐳射焊接和鉚接技術?

文|Sway

圖|網路

我先說個眼鏡的故事——

正值盛夏, 汗比平常多流了不少, 搭在鼻樑上的眼鏡需要擦拭的次數也變多了。 擦著擦著突然發現支架處脫落的塑膠皮, 這才意識到, 這副眼鏡已經陪我度過三個春夏, 是時候換一副了。

不得不說, 現在的眼鏡材質真是高大上。 什麼記憶鈦合金、K金架這樣的, 立刻吸住了我的眼球。 正準備下手, 無意翻看到下面這副, 立刻改變了心意。

這是一副純木制眼鏡,

來自德國某小鎮的眼鏡設計師Andreas Licht。 雖然採用了價格便宜得多的木頭打造, 但絲毫沒有降低它的高檔感, 反而更突出了精細巧妙而又渾然天成的設計。 要是能戴上這副眼鏡, 一定心曠神怡有木有!

像記憶鈦合金、K金架這些自帶萬丈光芒的高端材質, 以此為原材料的產品總是恨不得強調得無人不知無人不曉;相比之下, 木頭這樣的材質, 可能就毫無存在感了。 但正如大家所見, 低調的材料加上精湛的技術, 依然能夠使其散發獨特的迷人氣息。

汽車上的鐳射焊接技術和鉚接技術, 也是這樣的一對。

鐳射焊接聽著就高大上、自帶光環、家喻戶曉, 溢美之詞數不勝數;鉚接技術似乎低調得多, 並沒有多少存在感。 但其實廠家可是十分青睞這項技術的。

鉚接技術可大有來頭

自動鉚接技術起源於美國, 其標誌是1948年美國捷姆科公司研發出的自動鉚接緊固工藝, 最早是應用於飛機壁板的鉚接。

自那以後, 自動鉚接技術就開始在飛機裝配中得到應用, 現在已經成為飛機裝配的主流技術之一。

此前雖然已經有手工鉚接, 但效率極低。

鉚接在工業生產中應用廣泛, 是因為它有很多其他金屬連接方法沒有的優點。

首先, 不同於鐳射焊接工藝, 鉚接屬於冷焊接、純機械連接工藝。 利用自身的金屬永久變形來實現連接,

不存在鬆動問題, 自然也能夠有效避免焊接熔池內部的微裂紋, 具有良好的強度以及抗震性。

這也難怪航空航太領域十分青睞這項技術, 要知道飛機外殼可是會長時間處在高熱高振的惡劣環境中。

同樣道理, 在一體成型之前, 早期手槍製造中鉚接工藝也有著舉足輕重的作用, 比如AK-46機匣採用的就是衝壓鉚接。 因為手槍在使用過程中往往存在著劇烈的振動, 傳統的焊接工藝並不能保證在長時間使用後還能有著良好的穩定性。

鐳射焊接技術更適用於鋁合金車身焊接,但這種工藝卻天生帶著缺點。

鋁合金,準確來說,是鋁鎂合金。要知道鎂的燃點很低,採用鐳射焊接這類高熱量特種焊接方式,會大大降低損耗焊接熔池處的鎂合金,強度也必然會受到影響。

一直深諳鋁合金之道的捷豹,對鋁材在汽車上的使用研究可以追溯到上世紀30年代。當年叱吒風雲的SS100,就採用了手工打造的鋁合金車身,車身總重只有1170公斤。

時至今日,此前的手工打造換成了機器人生產,生產效率提高不少。更值得注意的是,捷豹在全鋁車身拼接工藝上,並沒有採用傳統的焊接工藝,比如鐳射焊接,而是鉚接和膠合技術相結合。

當然,也並不是所有公司都專注於鉚接工藝。比如奧迪ASF全鋁車身,就採用了鐳射焊接作為主體工藝,螺柱焊接、鉚接輔助的方法。

奧迪A8車身兩側的車頂和車身側面之間各有1.8米長的無縫焊接鋁板,便是使用鐳射焊接工藝制做而成的。

由於焊接是熱連接,焊接過程中還會出現部件扭曲等問題,使得加工過程可控性比較差,而且表面品質並不理想。所以奧迪A8在焊接完後,還需要對焊接處進行拋光打磨。

降低成本+環保

鉚接也有著很高的性價比。鉚釘一般是由輕質的合金材料製成,成型工藝簡單,按重量計算成本,成本低廉。

鋁合金焊接需要特種裝備,精度要求很高,成本很高,人員方面也需要專門培訓。就車頂鐳射焊接來說,如果沒有控制好精度,輕則產生焊接氣孔,後期有漏水風險;重則整個車頂得重新拆卸重新焊接。

而鉚接作為冷連接,設備成本要低得多。而且不存在金屬過熱後,產生的焊接灰塵等有害物質,工人的工作環境也更好,廢氣的排放也相應少了不少。從這個角度來說,這項技術還頗具環保價值。

異種材料的拼合

這裡說的異種材料,並不限於不同合金之間的拼合,還有金屬和塑膠之間的拼合。

比如寶馬新7系的A、B、C 柱;門檻、中央通道等結構都採用了碳纖維複合材料(CFRP)作為增強件。雖然CFRP有著優秀的增強強度的作用,但作為纖維材料,並不能通過傳統焊接加熱加壓處理。

這時鉚接+膠接就排上了用場。從白車身上可以看到,寶馬新7系採用了大量的鉚接工藝來實現異種材料之間的拼接。

鉚接工藝既像一個潛伏于山林的世外高人,乍看之下你並不會覺得有什麼了不起。但隨著車身輕量化技術被推向大眾視野,各種新材料湧現後,鉚接工藝優秀的特性得以發揮出來。

就好像那副木制眼鏡,看似平凡,但無形中散發著對技術不斷探索的迷人氣息。

鐳射焊接技術更適用於鋁合金車身焊接,但這種工藝卻天生帶著缺點。

鋁合金,準確來說,是鋁鎂合金。要知道鎂的燃點很低,採用鐳射焊接這類高熱量特種焊接方式,會大大降低損耗焊接熔池處的鎂合金,強度也必然會受到影響。

一直深諳鋁合金之道的捷豹,對鋁材在汽車上的使用研究可以追溯到上世紀30年代。當年叱吒風雲的SS100,就採用了手工打造的鋁合金車身,車身總重只有1170公斤。

時至今日,此前的手工打造換成了機器人生產,生產效率提高不少。更值得注意的是,捷豹在全鋁車身拼接工藝上,並沒有採用傳統的焊接工藝,比如鐳射焊接,而是鉚接和膠合技術相結合。

當然,也並不是所有公司都專注於鉚接工藝。比如奧迪ASF全鋁車身,就採用了鐳射焊接作為主體工藝,螺柱焊接、鉚接輔助的方法。

奧迪A8車身兩側的車頂和車身側面之間各有1.8米長的無縫焊接鋁板,便是使用鐳射焊接工藝制做而成的。

由於焊接是熱連接,焊接過程中還會出現部件扭曲等問題,使得加工過程可控性比較差,而且表面品質並不理想。所以奧迪A8在焊接完後,還需要對焊接處進行拋光打磨。

降低成本+環保

鉚接也有著很高的性價比。鉚釘一般是由輕質的合金材料製成,成型工藝簡單,按重量計算成本,成本低廉。

鋁合金焊接需要特種裝備,精度要求很高,成本很高,人員方面也需要專門培訓。就車頂鐳射焊接來說,如果沒有控制好精度,輕則產生焊接氣孔,後期有漏水風險;重則整個車頂得重新拆卸重新焊接。

而鉚接作為冷連接,設備成本要低得多。而且不存在金屬過熱後,產生的焊接灰塵等有害物質,工人的工作環境也更好,廢氣的排放也相應少了不少。從這個角度來說,這項技術還頗具環保價值。

異種材料的拼合

這裡說的異種材料,並不限於不同合金之間的拼合,還有金屬和塑膠之間的拼合。

比如寶馬新7系的A、B、C 柱;門檻、中央通道等結構都採用了碳纖維複合材料(CFRP)作為增強件。雖然CFRP有著優秀的增強強度的作用,但作為纖維材料,並不能通過傳統焊接加熱加壓處理。

這時鉚接+膠接就排上了用場。從白車身上可以看到,寶馬新7系採用了大量的鉚接工藝來實現異種材料之間的拼接。

鉚接工藝既像一個潛伏于山林的世外高人,乍看之下你並不會覺得有什麼了不起。但隨著車身輕量化技術被推向大眾視野,各種新材料湧現後,鉚接工藝優秀的特性得以發揮出來。

就好像那副木制眼鏡,看似平凡,但無形中散發著對技術不斷探索的迷人氣息。

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