激光加工技术促进高强度钢的应用

高强钢和超强钢的应用提升了汽车的安全性，同时减少了汽车部件的数量，降低了制造成本、车身重量和燃料消耗。冲压硬化的突破和激光加工技术的使用，是促进高强钢和超强钢应用的关键。

随着汽车工业的快速发展以及人们需求的不断提高，节能、安全、环保成为大家关注的话题，因此，高强钢和超强钢的应用日益增加，如今已经成为汽车生产商广泛使用的特殊合金。高强钢和超高强钢的特点是稳定性高，从而增加了汽车的安全性。而且，高强钢重量轻，能够有效地降低汽车油耗。

采用高强钢制造汽车壳体的优势很明显，它的抗拉强度是其他普通钢的几倍，这样就能在不影响车体结构强度的同时减小板材的厚度；另一个优势是，较之以前普通钢需装配多个配件作为加强筋，现在只有一个壳体而无需安装配件，这样就可以减少配件数量、简化装配过程、降低生产成本。如今，大量的汽车生产商和他们的配件供应商们都对高强钢应用于车体结构产生了浓厚的兴趣。现在正在使用高强钢作为车体的有保时捷Cayenne和大众Touarge SUV等；大部分车体都使用高强钢的有大众帕萨特和大众Eos硬顶敞篷车。

这种高强钢和超强钢运用于汽车制造，得益于现代两大先进技术：冲压硬化和激光加工。

图1 钢板加热到900℃后，在冲压成形的过
程中急剧冷却硬化，形成高强钢和超强钢

冲压硬化的突破

过去，高强钢和超强钢的成形问题是阻碍其在汽车制造业广泛应用的原因。如今，人们已经找到解决此问题的方法：冲压热成形加水冷硬化处理。在成形之前先将钢材加热超过900℃，然后进行快速深压，水冷模具紧紧压住工件直到温度降下来，一般情况下，温度降低到170℃。因为这一过程发生极为迅速，钢材中会产生马氏体组织，因而大大增加了钢的抗拉强度。

这种加工工艺最近几年才革新汽车制造，大众汽车公司是这一工艺的主要先行者，它是最早将高强钢应用在汽车制造业的公司之一，某种程度上也是第一家自己制造热冲压高强钢的汽车公司。2004年秋天展示的帕萨特标志着在每辆汽车中大量采用热冲压件的开始。这些车的乘客车厢、B柱、中央烟道以及车顶部、两侧面板大多采用了高强钢作为结构件。nextpage

图2 大众帕萨特使用高强钢和超强钢作
为车身的支撑结构，提升了汽车的安全性

激光加工

然而，热冲压仅仅是解决问题的第一步，高强钢的硬度一般高于切割工具，这对工具的磨损很大。激光加工可以解决这个问题，不管切割硬度多大的材料，激光切割都是完全不会磨损的。特别是对于强度高达1500MPa的钢板，几乎没有其他经济可行的加工方法可以替代激光切割。在这种情况下，机械冲床和切削设备的使用寿命会大大缩短，而激光切割除了完全没有这些磨损问题以外，还具有安装时间短、可灵活更换产品和样品生产等优点。尤其对于窄边角轮廓或小曲率的曲线，更是机械切割不可比拟的。这就是为什么通快（TRUMPF）三维激光切割机大量用于汽车制造业的主要原因。

激光既可进行高强度钢的切割，也可用于焊接。激光焊接效率高、经济，而且焊接质量得到了很大提升。

与激光切割相似，激光焊接的优势之一是热输入量很小。因为对于高强度钢来说，如果热输入量过大，可能会丧失高强度的特性。激光焊接同样也是高质量的加工过程，只有很小的热变形，几乎不会使材料产生翘曲，其精度也非常出色。除此以外，激光还可以用来焊接某些特别的部件，如轿车后挡板和顶蓬连接处。而且，激光焊接与传统点焊相比，需要的凸缘更小，这同样降低了车身重量和燃油消耗。

图3 机械切削设备切割高强钢时，工具磨损极大，
而激光切割与工件完全无接触，因而不存在磨损

汽车制造商的要求一向苛刻，对于精密部件，公差要求不超过3mm。如果需要焊接切割后的部件，或者是考虑整个车体每个部位的尺寸都要满足临界公差，那么各部件的加工误差须减至±0.4mm。激光加工完全可以满足用户的苛刻要求。关键之处就是在各种应用中要掌握好激光功率、切割速度与材料特性以及厚度之间的相互匹配关系，否则容易出现粗糙、毛刺或烧结点，甚至出现钢材根本不能切穿的现象。使用通快集团的专家系统以及相关的技术数据可以避免以上不尽如人意的结果，通快集团的高光束质量的TruDisk固体激光器还可以用来配合机器人系统进行扫描焊接。

技术竞争

尽管激光加工技术有很多优点，但竞争依然存在，市场希望加工周期变得更短，以便少购买系统设备，减少投资。解决这一问题的关键是优化工艺，不断完善系统。通快集团近年推出的新型系统TruLaser Cell 7000系列，可以大大缩短加工周期，目前已应用于大众帕萨特B侧围的切割中。B侧围采用热成型高强钢，硬度很高，可承受很大的应力。高强钢所制的B侧围增加了耐冲撞力，提高了汽车的安全性。这也是尽管高强度钢的成本较高，可是汽车制造商还是愿意使用的原因。现在奥迪在Ingolstadt的总部已经购买了最新的通快系统，用来生产下一代奥迪A4的高强钢配件。

激光技术为加工处理高强度钢开启了一条新渠道，提高了经济效益，相信未来激光技术还将对汽车工业产生更大的影响。

作者：西部车床，如若转载，请注明出处：https://www.lathe.cc/2022/04/8250.html

激光加工技术促进高强度钢的应用

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