激光焊接的防側(cè)撞橫梁提高汽車安全性能

撞錘以50km/h的速度向新車的側(cè)邊撞擊（見圖1）。車身各處置有傳感器獲取仿真測試信號，在幾分之一秒內(nèi)，便得到了應(yīng)力的詳細(xì)信息。在此之后，Euro-NCAP碰撞測試的全部結(jié)果很快地刊登在專門的汽車雜志中。

Euro-NCAP是指歐洲新車評估組織。它是1997年由五個歐洲政府以及歐盟委員會共同建立的。它的結(jié)果得到一般大眾的密切關(guān)注與支持，以至于幾乎沒有的汽車制造商會輕易忽視它的結(jié)果。安全性能已經(jīng)成為一個十分重要的賣點，因此，人們非常關(guān)注與安全性有關(guān)的汽車車身零部件。同時，激烈的競爭促使人們持續(xù)研究新的更經(jīng)濟(jì)的制造理念。將橫梁與激光焊接相結(jié)合的方案在使這類車身零部件實現(xiàn)這一目標(biāo)的過程中起了重要作用。

圖1：Euro-NCAP側(cè)面撞擊測驗

防護(hù)側(cè)面沖擊的橫梁是采用高張力超細(xì)晶粒的鍍鋅鋼材，厚度為1.5 mm，張力強(qiáng)度從800到980 N/ mm2。材料的張力強(qiáng)度高就要求有高的成型力，這就給機(jī)器本身帶來更高的要求，與此同時，對橫梁誤差要求更嚴(yán)格。凹陷部分的嵌條不容易被接觸到。焊縫質(zhì)量對應(yīng)于焊接因數(shù)1。只有輸出為4KW的CO2的激光器被認(rèn)為可用于焊接過程。雖然激光器提供了很大的優(yōu)勢，但是它對成型機(jī)提出了很高的精度要求。金屬鋼帶的精確定位，尤其是在焊接區(qū)域的定位，是很必要的（見圖2）。

圖2：焊接區(qū)域?qū)︿搸У亩ㄎ?/em>

同樣的，在焊縫的準(zhǔn)備過程中也需十分注意。在焊接區(qū)域的鋅鍍層必須被完全的清除，因為熔融過程中焊接區(qū)域的鋅微粒可能會導(dǎo)致不必要的孔隙和濺出。包括了刮邊和刻槽功能的設(shè)備就能解決這個問題。同樣的，有機(jī)雜質(zhì)，比如潤滑劑，可能導(dǎo)致焊接誤差。盡管成型力很大，但是仍必須避免使用多余的潤滑劑。輥軸支架承受著更大的壓力，因而它們使用了毛氈作為襯墊。毛氈由精密的電子設(shè)備小心添加正確量的潤滑劑獲得潤滑的效果。這樣橫梁本身就不會受到影響。

為了使橫梁上剩余的應(yīng)力達(dá)到最小值，制造商選擇了一種叫“遞減”成型的加工方法，也就是說，外形上其表面在接近出口處時慢慢降低。與水平成型過程相比，這種方法使得應(yīng)力顯著的降低，從而使得橫梁的精度更高。這在汽車工業(yè)是很常見的，這一領(lǐng)域里需要頻繁的進(jìn)行加工性能測試。

橫梁上不同的開口（見圖3）提供了油漆和雨水的排出口。為了實現(xiàn)完全排水，開口必須盡可能的與半徑彎曲處接近。這就提出了一個更難的要求，因為打孔過程是在金屬是平板時就打好再進(jìn)行整個成型過程的。在概念階段的模型計算給出了由于成型力的存在，可能出現(xiàn)打的孔變形的情況。因此，只有轉(zhuǎn)移打孔位置，才能保證打孔的誤差符合要求。

圖3：防側(cè)撞的橫梁

四車門汽車的裝配過程需要有四種不同的橫梁方案，每種方案有不同的孔，凹槽距離和位置。為了實現(xiàn)這點，在生產(chǎn)線開始處的預(yù)打孔裝置處放置了一種可編程的輥式進(jìn)給裝置，段長可編程的板坯橫截機(jī)置于生產(chǎn)線末端。橫梁上其邊緣不能有任何的變形。

通常認(rèn)為的圓形鋸片變舊和磨損以及鋸切的時間很長這些因素在外型板材鋸切的過程中是不可能出現(xiàn)的。所要求的高速度可以通過切割沖床的方案來實現(xiàn)。板材截面不會有變形是由于一道特別的工序。在平的鋼帶上預(yù)先刻一個凹槽，其寬度與沖床刀片在加上誤差后的寬度范圍內(nèi)相等。因此，切割刀片的頂端無須直接伸入材料內(nèi)。這樣，就消除了板材變形的問題。沖床刀片的特殊形狀以及合適的覆層和潤滑油使得工具壽命更經(jīng)濟(jì)合算。

整個裝置長約30米，僅由一人操作。只有在換線圈以及搬移板材時需要額外的人員。由于高度自動化，線圈的更換只需要三分鐘。這表明了該生產(chǎn)線有很長的正常工作時間。此外，并不需要有特殊的技能來操作機(jī)器。在設(shè)備安裝好了后，操作員能從制造商處獲得指導(dǎo)，因此即使從未有成型加工經(jīng)驗的公司也能使用這一極其經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備。

早在計劃的交貨以前，用于質(zhì)量測試和可靠性檢測的樣品就必須送到。這只有在設(shè)備供應(yīng)商有自己的測試設(shè)備可用時才可行。然而同時，生產(chǎn)線上重要的組件也需要被測試。因此，在開始生產(chǎn)以前，大部分必須的優(yōu)化工作就已經(jīng)進(jìn)行過了。這樣，即使頻繁的出現(xiàn)新機(jī)器由于短期計劃而投入使用的情況，也不會有任何意外產(chǎn)生。

如果目前的橫梁不再流行時，對設(shè)備本身并不是什么問題。十分靈巧的是，快速的工具更換系統(tǒng)使設(shè)備可以生產(chǎn)許多其他類型的橫梁。這給外形板材制造商的生產(chǎn)帶來了很大的靈活度。由于有這些出色的特性，難怪汽車工業(yè)領(lǐng)域里越來越多的考慮使用成型加工來生產(chǎn)其他的車體部件。最后重要的一點是，安全性得到提高同時節(jié)約了昂貴的勞動力。