激光焊接能提高轿车的碰撞安全性吗？

文/ 韩建保（原创文章, 转载请署博文作者姓名）

在汽车媒体中，常看到“激光焊接能够提升车身刚度，避免在碰撞时钢板焊接处发生断裂”、“…… 采用激光焊接技术，……，抗碰撞性能大大提高，最大限度地保护了车上的成(乘)员”以及“车身激光焊接可大大提高轿车碰撞安全性”这样的说法，并将此作为轿车安全性的一大卖点。在题为“2009年度中国安全车推荐”一文中，更强调：“…… 和激光焊接工艺的应用，令……车身拥有最高级别的安全性能。”该文报道，中国汽车技术研究中心（CATARC）在2008年进行了28个车型的碰撞试验，不过文中并没有提及，在C-NCAP的碰撞试验中，那些没有采用激光焊接工艺的轿车，车身骨架和覆盖件的焊点或焊缝是否发生了断裂？如果发生断裂，这种断裂对轿车的碰撞安全性是否有影响？影响有多大？

在评价轿车碰撞性能时，大家常会提到发生在杭州的广州本田雅阁“婚礼门”事件。在那次碰撞事故中，雅阁车身断为两截，其前段如图1所示。从图中可以看出，在车身断裂处，不仅可能存在的焊缝断裂了，车身骨架和覆盖件钢板都断裂了，说明事故放生时车身受到的冲击力非常大，肯定大过C-NCAP碰撞试验时的冲击力，但大家从该图中也可清晰地看出，撞击力作用部位以外的部分，车身结构并没有散架，没有迹象表明这些部分的焊点和焊缝发生了断裂。该款雅阁没有采用车身激光焊接技术。

图1  广州本田雅阁“婚礼门”事件被撞断车身的前半部

在中国汽车技术研究中心的网站上，发表了许多标准的轿车碰撞试验图片，图2为中国汽车技术研究中心完成的东风雪铁龙世嘉正面100%重叠刚性壁障碰撞试验车身最终的碰撞变形图（图片来源：http://www. c-ncap.org/news/09xczj/ 20090224.htm）。从图中可清晰地看出，世嘉的车头几乎完全溃缩挤扁，但车身乘员舱四周变形则很小，更看不出有焊缝的开裂。东风雪铁龙世嘉车身采用的是碰焊焊接工艺。  

图2  东风雪铁龙世嘉正面100％重叠刚性壁障碰撞试验

那么，车身激光焊接到底能不能提高轿车的碰撞安全性呢？为了回答者问题，让我们先概述一下，激光焊接的优点是什么？其中的哪些优点是与轿车的碰撞安全性有关的？这种相关性对轿车碰撞安全性的影响到底有多大？

轿车车身由车身骨架和覆盖件拼焊而成，包括前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。车身骨架的上边梁、下边梁、纵梁、横梁、立柱等金属构件也是焊接而成，车身顶盖、翼子板、隔板等覆盖件也是通过焊接固定在车身骨架上。车身焊接技术可分为两大类：碰焊和激光焊接。碰焊又可分为点焊、缝焊和电弧焊等，其工作原理是将被焊接的构件紧紧的接触在一起，用大电流瞬间融化接触点处的材料，使之融化连成一体。碰焊是很长时间以来普遍采用的车身焊接工艺，我们在电视上看见的轿车全自动装配生产线上，闪着火花工作的就是碰焊机械臂。

激光焊接技术利用激光光束，在构件表面产生极高温度，在几毫秒内熔化，实现构件熔化结合。激光焊接的特点是被焊接构件工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/宽度比高，例如焊缝宽1毫米，深为5毫米，因此焊接极为牢固，表面焊缝宽度很小，连接间隙实际为零。这些特点决定激光焊接有以下优点：

1）焊接精度高；

2）节省材料；

3）减少辅助零件和模具数量

4）非接触焊接使表面加工质量高；

5）不会产生粉尘或飞边等；

6）实现不等厚焊接减轻车身重量减少零件数量；

7）密封性好；

8）焊缝细密比较长结合强度高。

在激光焊接的上述8个主要优点中，前7个可以说与轿车的碰撞安全性没有关系，如果有的话，也是可忽略不计的。剩下的就是第8个优点。“焊缝细密比较长结合强度高”会提高车身的刚度，这是显然的，在一定程度上也提高了焊缝的强度。但车身刚度因激光焊接的提高以及焊缝强度的提高，就能提高轿车的碰撞安全性吗？这个问题还可打比方地这样来提：有两把椅子，一把是用普通钉子，另一把是用不锈钢钉子固定的，这不锈钢的强度是比普通钢的要好些，但不锈钢钉子就能提高椅子的承重能力吗？

在轿车正面碰撞中，主要是依靠车身的前部以及吸能装置来缓冲撞击力，以减轻乘员舱变形，保护乘员免受大的伤害。这期间激光焊接对减轻乘员舱的变形有明显的贡献吗？激光焊接的焊缝结合强度比较高，乘员舱采用碰焊焊接的焊缝结合强度相对会低些，但从国内外大量的碰撞试验录像以及技术报告中，基本上就没有看到这样的结论：碰焊焊缝的结合强度如此之低，以至于因焊缝的开裂（断裂）而导致乘员舱变形过大。从网上大家也可以看到大量的碰撞事故图片，车身即便发生了很大的变形，又有几个因焊接强度不够而散了架。从碰撞吸能的角度看，如果碰撞区域的焊点和焊缝放生断裂，车身碰撞大变形区域的刚度多少都会有些降低，这将有助于变形吸能，使乘员舱的变形相对会小些，在其它辅助安全系统的协同下，应该会提高乘员的安全性。

无论是碰焊焊接还是激光焊接，焊缝区域的材料都会程度不同地变硬、变脆，刚度增加，不易变形。在轿车正面碰撞事故（或试验）中，假设车身乘员舱的焊缝没有开裂（看到的情形都是这样的，否则乘员舱就挤扁了），当其它条件相同时，激光焊接相对于碰焊焊接的焊缝强度的提高量，因为焊缝非常狭窄，材质较硬和较脆，焊缝并不能储存更多的变形能，因此激光焊接的乘员舱的变形量，不会比碰焊焊接的乘员舱的变形量明显地小，在焊缝不开裂的情况下，激光焊接乘员舱与碰焊焊接乘员舱的变形不会有明显的差异，也因此，两种焊接工艺本身并不会导致轿车碰撞安全性出现大的差异。根据上述粗略的分析，人们一段时间以来强调“激光焊接能够提高轿车碰撞安全性”这样的结论，似乎还缺乏过硬的理论阐述，可靠的实验和碰撞事故统计数据支持。

提高车身耐撞性能，主要是通过改进车身结构设计（例如有效的变形吸能装置、变形溃缩装置和发动机下沉通道等），而不是通过改变焊接工艺来实现的。目前广泛使用的碰焊焊接工艺，是能够满足焊接强度技术要求的。碰焊焊接也许最终会被激光焊接所替代，但并不主要是因为其焊接强度低，而是因为激光焊接工艺有着其它许多独有的优点，例如，装配精度高，表面加工质量、耐腐蚀性和密封性好，车内噪声低等。

可以任意转载，转载时请采用超链接方式，并标明文章原始出处和作者信息及本声明

 未经作者书面允许，纸质媒体不得转载。