汽車工業(yè)是一個需要大量加工和測試的生產(chǎn)型產(chǎn)業(yè)，也是激光技術(shù)應(yīng)用最廣泛的行業(yè)之一，安全性、舒適性、節(jié)能和環(huán)保一直是世界汽車工業(yè)發(fā)展的主題，激光技術(shù)作為現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的主要加工方法之一，其發(fā)展也主要是圍繞著這一主題并結(jié)合本專業(yè)的自身特點進行的。由于激光焊接工藝優(yōu)越性、效率高、柔性好等優(yōu)勢，隨著汽車輕量化概念、安全性能觀念日益增強，激光焊接與切割工藝在汽車工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒌玫礁嘀匾暫蛷V泛應(yīng)用。

　　汽車制造過程中，激光技術(shù)主要 用于車身不等厚板的拼焊、車身焊接和汽車零部件焊接。激光焊接運用于汽車，可以降低車身重量并達到省油的目的;提高車身的裝配精度，使車身的剛度提升30%從而提高了車身的安全性;降低汽車車身制造過程中的沖壓和裝配成本，減少車身零件的數(shù)目并提高車身一體化程度。

　　01Number激光焊接技術(shù)與應(yīng)用

　　激光自熔焊接

　　激光自熔焊，即焊接的兩部分或多個部分自身熔化并最終冷卻凝聚成一體，該焊接方式不需要添加輔助的焊劑或填料，完全利用工件自身材料熔接在一起。

　　當(dāng)激光光斑照射到工件表面上的功率密度達到106W/cm2 以上時，工件在激光的照射下被迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內(nèi)升高到沸點，使金屬熔化和汽化。在液態(tài)金屬中形成一個充滿金屬蒸氣的細(xì)長孔洞。當(dāng)金屬蒸氣的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)加深，形成一個深度穩(wěn)定的小孔，小孔周圍就是焊接熔池，小孔隨著激光而移動，小孔閉合后便形成焊縫，實現(xiàn)激光深熔焊接。其原理圖如圖1所示：

　　圖 1 激光自熔焊接原理圖

　　在車身制造中，采用激光焊技術(shù)，可以提高產(chǎn)品設(shè)計的靈活性，降低制造成本，增加車身的剛度，提高產(chǎn)品的競爭力。激光焊接焊接速度較快，所以焊接接頭的熱影響區(qū)較其他的焊接方法小，幾乎沒有焊接變形。這樣可極大地提高了車身的結(jié)構(gòu)和匹配尺寸、門蓋與側(cè)圍的平度與密封效果、風(fēng)擋玻璃與風(fēng)窗口的匹配與密封，以及實現(xiàn)多層板的優(yōu)質(zhì)連接，達到較高的車身強度。另外，由于現(xiàn)代汽車車身多采用鍍鋅鋼板或優(yōu)質(zhì)高強鋼，如果采用傳統(tǒng)的點焊技術(shù)，由于三層板和鍍鋅的緣故，必須采用較大的焊接電流和焊接壓力，其結(jié)果必然導(dǎo)致焊點質(zhì)量下降和焊點變形嚴(yán)重，從而導(dǎo)致裝配質(zhì)量下降。惟一可行的是采用中頻點焊連接技術(shù)和激光熔焊連接技術(shù)。就點焊本身而言，焊點的強度可以很高，但沒有焊點的部分還是斷續(xù)分離的，在車身整體強度方面要比焊接成一體的激光焊接接頭強度要低。點焊的不連續(xù)性和其自身的特點：如焊點容易變形，尤其是在焊接三層板連接、鍍鋅板連接和高強鋼的連接時，焊接變形較大，導(dǎo)致焊點處的平整度降低及產(chǎn)生縫隙，而且點焊會造成焊接點周圍的母材熱影響區(qū)強度下降，車輛遭嚴(yán)重撞擊時的斷裂部位往往是在該處。

　　激光自熔焊在汽車車身制造中主要分為兩大部分：車身組焊和拼焊。其應(yīng)用如圖2所示。

　　圖2 激光自熔焊應(yīng)用

　　(1)車身組焊

　　組焊主要有頂蓋和側(cè)圍的連接、側(cè)圍組焊以及車門焊接，如福特、通用、沃爾沃和歐寶，均使用過激光自熔焊進行頂蓋與側(cè)圍的連接。但隨著技術(shù)的發(fā)展，激光釬焊越來越廣泛地應(yīng)用于這一部位的焊接，目前只有沃爾沃仍在堅持使用激光自熔焊;側(cè)圍方面福特SUV和轎車分別有一款使用激光自熔焊，大眾的很多車型也在使用。

　　(2)汽車激光拼焊

　　拼焊板(Tailor-welded blank, TWB)是由不同強度、不同厚度或不同涂層的鋼材焊接而成，由于激光焊接高效、焊縫成型好等優(yōu)勢，目前的汽車拼焊板都采用激光焊接而成。與普通鋼板相比，拼焊板的優(yōu)點主要有以下三個方面：

　?、?減輕車身重量：應(yīng)用焊接的方法優(yōu)化板料的厚度來減少重量。

　?、?提高車身服役和碰撞性能：主要包括安全、駕駛性能、疲勞和耐蝕性能和車身剛性等。

　　③ 降低成本：主要從減少材料、減少加工程序和減少模具數(shù)量考慮。

　　采用激光拼焊板應(yīng)用于車身制造，可以減少零件、模具及焊接工裝數(shù)量，降低車身自重和成本，并提高產(chǎn)品的市場競爭力。主要應(yīng)用在覆蓋件居多，也有些使用在結(jié)構(gòu)件上。圖3中為拼焊板在汽車白車身中的主要應(yīng)用。

　　圖3 拼焊板在汽車上的主要應(yīng)用

　　汽車拼焊板按焊縫類型分類可以分為三種，即單條直線焊縫;復(fù)數(shù)直線焊縫;非直線焊縫。如圖4所示，其中以單條直線焊縫類型應(yīng)用最多，生產(chǎn)工藝也相對簡單。非直線焊縫最復(fù)雜，一般根據(jù)沖壓件成型后的形狀設(shè)計焊縫，從而提高產(chǎn)品的強度和沖壓性能。

　　圖4 汽車拼焊板焊縫類型及應(yīng)用實例

　　由于汽車拼焊板后續(xù)都要進行沖壓成型，所以對拼焊板的成型質(zhì)量和缺陷控制要求特別嚴(yán)格。主要包括外觀(結(jié)疤、裂縫、夾雜、孔洞和劃傷等)、焊縫成形(焊縫寬度、焊瘤凸出、焊縫有效深度、背面斷差和焊縫錯邊等)和力學(xué)性能等(對焊縫進行拉伸、杯突、硬度和彎曲等測試)方面的要求。例如，在拉伸性能測試中，在非焊縫區(qū)域斷裂，杯突試驗中開裂的區(qū)域不能在焊縫或杯突值大于規(guī)定值。

　　(3)汽車零部件激光焊接應(yīng)用

　　在汽車零部件制造領(lǐng)域，汽車座椅滑軌、調(diào)角器、變速箱齒輪等到都應(yīng)用了激光焊接進行生產(chǎn)。下面以齒輪焊接為例，分析激光焊接的相關(guān)優(yōu)勢。

　　近年來，激光焊接技術(shù)在變速器齒輪焊接中的優(yōu)勢日益明顯，得到了越來越多的重視，將是未來發(fā)展的主要趨勢。由于機床加工技術(shù)的局限性，形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的齒輪組件很難甚至無法整體加工成單件。為了提高工藝性和生產(chǎn)效率，通常是加工成兩個或兩個以上的單件再經(jīng)焊接工藝組合成一個組件。在激光焊接齒輪以前，齒輪的焊接一般采用電阻焊、感應(yīng)焊、電子束焊等工藝方法。與上述焊接工藝相比，激光焊接齒輪無需在真空中進行，而且可避免焊接變形，保證了焊接后的齒輪無需再精加工。不僅如此，激光焊接可使焊縫深寬比高達10∶1，且焊縫處具有相當(dāng)或優(yōu)于母材的綜合機械性能，從而保證了齒輪可以傳遞較大的扭矩。因此，齒輪的激光焊接已成為當(dāng)今發(fā)展的一個大趨勢。目前世界各大汽車制造廠競相采用激光焊接變速器復(fù)合齒輪以提高產(chǎn)品在國際市場上的競爭力。我國采用激光焊接汽車齒輪的廠商也越來越多，如上海大眾、上海重慶齒輪箱廠等。

　　激光焊接變速器齒輪工藝順序為：①焊接前清洗：一般安排在焊接的前一道工序完成。實驗中選擇無水乙醇代替工業(yè)清潔劑用于焊前表面的清潔。②壓裝：清洗后的齒輪首先要進行壓裝，壓裝是通過壓機把要焊接的兩個零件壓配后緊密結(jié)合在一起。入射激光光斑和組對間隙的偏移要求非常準(zhǔn)確。因為激光束的聚焦光斑很小,所以焊縫需要高精度定位，其位置偏離的最大允許值要依聚焦光斑的半徑來定, 一般不可大于0.1mm, 否則會產(chǎn)生焊接的失效。兩對接平面之間高度差太大，使激光束的能量大量反射出去,影響焊接的深度和均勻性。所以在壓配后，一般要求平面差小于0.1mm。③預(yù)熱(可選)：為了避免產(chǎn)生焊接裂紋，根據(jù)零件材料及加工狀態(tài)，有時需要在焊接前進行預(yù)熱，特別是對含碳量高或經(jīng)過熱處理滲碳淬火后的零件。④激光焊接：采用IPG 6000光纖激光器對變速器齒輪進行焊接。以等溫正火后的 20MnCrS5的2倒檔雙聯(lián)齒輪為例，焊接工藝采用預(yù)焊一圈+深熔焊一圈，圖5為焊后的齒輪照片。焊縫截面如圖6所示。⑤焊后檢測：一般將焊縫切開進行顯微觀察或者采用超聲波探傷檢測。目視檢查要求焊接飛濺較少，工作面飛濺少，內(nèi)部氣孔和縮孔較少。

　　圖5 焊后齒輪

　　圖6 焊縫截面圖

　　激光焊接特別是固體光纖激光發(fā)生器的激光焊接因其技術(shù)優(yōu)勢，是未來的激光焊接發(fā)展趨勢。我國激光焊接設(shè)備設(shè)計制造水平和能力目前還比較薄弱，國內(nèi)主要汽車廠的齒輪激光焊接設(shè)備主要依賴進口，價格昂貴。少量民族企業(yè)已經(jīng)起步發(fā)展并占據(jù)部分市場，這對降低成本促進激光焊接的應(yīng)用有著良好的推動作用。在激光焊接齒輪方面，工藝已日趨完善，可以控制焊縫氣孔和裂紋達到工業(yè)要求，方法穩(wěn)定可靠，效率高，雖然初期投資較大，但加工成本比機械加工要少50 %。激光焊接有著傳統(tǒng)焊接無法取代的優(yōu)勢，必將成為變速器齒輪焊接的主流產(chǎn)品。

　　激光填絲焊

　　激光填絲焊：是指在焊縫中預(yù)先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同時填入焊接材料以形成焊接接頭的一種工藝方法。原理圖如圖7所示。

　　圖7 激光填絲焊原理圖

　　同激光非填絲焊相比，激光填絲焊優(yōu)點表現(xiàn)為：①可以降低對工件坡口加工，裝配的精度要求，提高焊縫成形質(zhì)量，擴大激光焊的適用范圍;②可以用較小的功率實現(xiàn)厚板焊接;③通過調(diào)節(jié)填絲成分，可以控制焊縫區(qū)域的組織性能。

　　激光填絲焊在車身制造中應(yīng)用范圍較小，主要有奔馳C級車后立柱焊接，奔馳以及江淮的商務(wù)車頂蓋和側(cè)圍的連接，大眾有一款車型四門方面有激光填絲焊。

　　激光電弧復(fù)合焊

　　激光-電弧復(fù)合焊：是指將激光熱源和作為第二熱源的電弧復(fù)合起來作用在同一熔池上的焊接方法。激光電弧復(fù)合焊結(jié)合了激光和電弧的優(yōu)勢，使其即具備一般電弧焊的高適應(yīng)性特點，又具備激光焊接的大熔深、高速、低變形的特點。激光電弧復(fù)合焊中所添加的電弧主要有TIG電弧、等離子弧和GMA電弧(即熔化極氣體保護焊，包括MIG焊和MAG 焊)。激光-GMA電弧復(fù)合焊是目前最受業(yè)界矚目，且研究和應(yīng)用最廣的一種。激光-電弧復(fù)合焊原理圖如圖 8所示。

　　圖8 激光-電弧復(fù)合焊原理圖

　　激光電弧復(fù)合焊工藝分析：由于激光復(fù)合焊相對于激光自熔焊有更好的間隙適應(yīng)性，激光和電弧的相互作用可以達到更寬的熔寬和更深的熔深，并且擁有較高的焊接效率，而且還可用于厚板的多層多道焊接。因此激光復(fù)合焊的應(yīng)用也隨之越來越廣泛。

　　在激光復(fù)合焊接時，除了我們行業(yè)內(nèi)熟識的激光熱源外，還存在另外一種熱源——電弧。焊接電弧是指由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與母材間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強烈而持久的放電現(xiàn)象。焊接電弧的本質(zhì)其實與雷雨天氣時空中的閃電是相同的，只不過焊接電弧是人為可控的。通常與激光復(fù)合的熱源有TIG(鎢極氬弧焊)和 MIG(熔化極惰性氣體保護焊)。TIG和MIG最大的區(qū)別之處就在于其放電產(chǎn)生電弧的電極不同。TIG的電極是由鎢針構(gòu)成的，由于鎢的熔點很高，在焊接時其損耗很小，需要時可以額外地填加焊料進行焊接。MIG，顧名思義，其產(chǎn)生電弧的電極是焊絲，在焊接時由送絲機源源不斷地向前送絲，而焊絲的末端會由于電弧的作用而不斷熔化，過渡到熔池并形成焊縫的一部分。

　　電弧焊時的能量是由弧焊電源來提供的。弧焊電源的正、負(fù)兩極通過工件和焊槍上的電極導(dǎo)通而形成回路，從而引燃電弧并維持電弧穩(wěn)定的燃燒?；『鸽娫磁c普通的電力電源不同，是一種提供低電壓、大電流的電源，電流一般可以達到幾百安培，F(xiàn)ronius T PS5000弧焊電源的最大焊接電流可達500A，而正常焊接時電壓值只有幾十伏特?；『鸽娫窗凑掌漭敵鲭娏鞯男问娇煞譃橹绷麟娫?、交流電源及脈沖電源等。弧焊時最主要的工藝參數(shù)就是焊接電流和焊接電壓，而脈沖焊Fronius激光復(fù)合焊接頭(MIG)接時會有脈沖頻率及脈沖峰值等一些參數(shù)可調(diào)節(jié)。

　　弧焊焊接時焊接電流主要決定了焊縫的熔深和余高。焊接電流增大后，并且作用在工件的電弧推力和熱輸入均增加，熱源位置下移，也有利于熱量向深度方向傳導(dǎo)，熔深增加。熔深和焊接電流近于正比關(guān)系。在熔化極氣體保護焊時，通常是通過改變送絲速度來改變焊接電流，增加電流需要相應(yīng)增加焊絲進給速度，保證送絲量和焊絲熔化量的平衡，由于焊絲進給量的增加，并且熔寬增加較少，所以余高增大。另外，MIG焊時，焊接電流與焊絲的直徑也相關(guān)，焊接電流不變時，焊絲越細(xì)，送絲速度就越快，反之亦然。電流增大后，弧柱直徑增大，會使熔寬增加，但是電弧潛入工件的深度增大，電弧斑點移動范圍受到限制，因此熔寬的增加量較小，也就是熔寬增加量小于熔深增加量?；『负附又?，焊接電流過大時，通常會出現(xiàn)咬邊、氣孔、穿孔(對于薄板而言)及焊瘤等缺陷。由于焊接熱輸入過大，工件的變形會更嚴(yán)重，焊縫的熱影響區(qū)加大，且更容易產(chǎn)生脆性的過熱組織，韌性下降，會影響到焊縫結(jié)構(gòu)的強度。MIG焊接時，焊接電流過大，還會導(dǎo)致焊接飛濺量增加，飛濺顆粒直徑增大，給焊接過程穩(wěn)定性及焊后的清理造成不良影響。TIG焊接時，焊接電流過大時容易發(fā)生咬邊及熱影響區(qū)擴大，焊縫周邊區(qū)域強度降低等現(xiàn)象。

　　焊接電壓實際是指電弧電壓，電弧電壓與電弧弧長相關(guān)，其主要影響了弧焊過程的穩(wěn)定性及焊縫熔寬的大小。電弧電壓增大后，電弧功率加大，工件熱輸入有所增大，同時弧長變長，電弧分布半徑增大，因而熔深略有減小而熔寬增大。由于焊接電流不變，即送絲量不變，熔寬增加，余高自然減小。

　　電弧電壓過大時，弧長過長，氣體保護效果不好，容易造成焊接過程不穩(wěn)定，及在一些角接焊縫或較深坡口里施焊時，還易造成弧偏吹。而電弧電壓過小時，容易形成短路過渡，即焊絲末端熔化形成的熔滴與熔池形成短路，焊接飛濺明顯增加。電弧焊時為了得到合適的焊縫成型，在增大焊接電流時也要適當(dāng)?shù)奶岣吆附与妷?，在熔化極電弧焊時，通常電弧電壓要根據(jù)焊接電流來確定。根據(jù)不同的焊接方法及弧焊系統(tǒng)有不同的經(jīng)驗公式來估算合適的電流、電壓值，這對操作者的個人經(jīng)驗及素質(zhì)有很大的要求。為了簡化實際操作的難度，保證焊接電流和電壓能夠處在最佳的配合狀態(tài)，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展了一元化MIG焊接系統(tǒng)，簡而言之，就是通過調(diào)節(jié)送絲速度，而弧焊電源系統(tǒng)自動匹配恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷褐?。在實際焊接時，可以對電流或電壓等參數(shù)進行微調(diào)以達到最佳的焊接效果。

　　激光電弧復(fù)合焊涉及兩種熱源，需要對激光焊接的工藝參數(shù)和弧焊的工藝參數(shù)進行聯(lián)合優(yōu)化，才能達到最優(yōu)的焊接質(zhì)量和焊接效果。

　　激光-電弧復(fù)合焊在汽車車身制造中主要應(yīng)用領(lǐng)域為鋁合金車身的焊接：以VW Phaeton的車門焊接為例：為了在保證強度的同時又減輕車門的重量，大眾公司采用沖壓、鑄件和擠壓成形的鋁件。車門的焊縫總長 4980mm ，現(xiàn)在的工藝是7條MIG焊縫(總長380mm )，11條激光焊縫(總長1030mm)，48條激光-MIG復(fù)合焊縫(總長3570mm)。

　　也就是說，由于接頭形式各異，激光復(fù)合焊并不適用于車門上的所有焊縫。在接頭裝配間隙很大的位置，具有良好橋聯(lián)能力的MIG焊比激光焊或復(fù)合焊更有優(yōu)勢;反之，在接頭間隙非常小的焊縫，熱能集中，焊速快的純激光焊是最好的方案。需要強調(diào)的是，laserHybrid系統(tǒng)裝置同時可實現(xiàn)上述MIG焊、激光焊、激光-MIG復(fù)合焊三種工藝，關(guān)閉MIG 焊時，系統(tǒng)就成為激光焊;反之關(guān)閉 激光則就成為MIG焊。如果沒有激光復(fù)合焊系統(tǒng)，VW大眾集團就不得不更多采用厚而重的鋁鑄件。

　　激光復(fù)合焊同樣用于新型奧迪 A8汽車的生產(chǎn)。在A8側(cè)頂梁上有各種規(guī)格和形式的接頭，就是采用激光復(fù)合焊工藝，焊縫共計4.5m長。

　　激光遠程焊

　　激光遠程焊：遠程激光焊是指采用高速掃描振鏡頭進行長工作距離加工的一種激光焊接方法。激光遠程焊原理圖如圖9所示。其定位精度高、時間短、焊接速度快、效率高;工作距離長，不會與焊裝夾具干涉、光學(xué)鏡片污染少;可定制任意形狀焊縫以優(yōu)化結(jié)構(gòu)強度等。與電阻點焊相比，遠程激光焊接技術(shù)充分發(fā)揮了單側(cè)、非接觸式激光焊接帶來的技術(shù)和經(jīng)濟優(yōu)勢，并將其與高速掃描振鏡具有的優(yōu)勢相結(jié)合，大大縮短了焊接時間，提高了總生產(chǎn)效率，可有效用于日益增多的汽車覆蓋件及零部件焊接。激光遠程焊主要應(yīng)用在車門和側(cè)圍等覆蓋件的組焊，如奔馳S級轎車全景天窗，大眾高爾夫和奧迪A3的側(cè)圍，福特銳界的側(cè)圍等待。另外，很多汽車座椅生產(chǎn)廠家也把激光遠程焊應(yīng)用到了滑軌和靠背的焊接當(dāng)中，生產(chǎn)效率得到了極大的提高。

　　圖9 激光遠程焊接原理圖

　　激光釬焊

　　從20世紀(jì)80年代開始，激光技術(shù)開始運用于汽車車身制造領(lǐng)域。激光以其光束能量密度極高、加熱范圍小、焊縫及熱影響區(qū)域窄、焊接速度快、深寬比大和焊接變形小等優(yōu)點，在白車身制造領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。激光釬焊技術(shù)在上個世紀(jì) 90 年代初首先在德國得到開發(fā)。德國愛爾蘭根大學(xué)在激光填絲釬焊工藝和過程控制方面做了大量的工作，激光器常選用光束傳輸和調(diào)節(jié)方便的光纖激光器和半導(dǎo)體激光器，釬料根據(jù)母材常選用 Cu 基釬料，主要接頭形式包括對接、卷對接、搭接、卷搭接等。其最初的出發(fā)點是為了解決火焰釬焊熱輸入過大的問題，連接的工件主要為搭接或卷搭接形式的鋼板。激光釬焊作為激光焊接技術(shù)的一種，較之熔焊，釬焊時母材不熔化，僅釬料熔化，可以獲得光滑的焊縫表面，這不僅使產(chǎn)品更加美觀，還提高了密封性，而且顯著提高了焊接區(qū)域的強度，大大地提升了整車的安全性能。目前，在國內(nèi)外的汽車制造業(yè)，激光釬焊主要應(yīng)用在可視的外圍接合件上，如頂蓋與左右側(cè)圍的連接、行李箱上下兩部分的連接及流水槽等，大眾、奧迪所有車型及歐系和美系部分中高端車型頂蓋均采用激光釬焊，日系和自主品牌也都躍躍欲試，或已經(jīng)采購了設(shè)備，或正在進行相關(guān)技術(shù)方面的研究。

　　(1)激光釬焊的原理

　　激光釬焊也稱激光填絲釬焊，是在電弧釬焊的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新的局部硬釬焊技術(shù)。其焊接原理是利用激光光束作為熱源，聚焦后的光束照射在填充的焊絲表面上，焊絲被光束能量加熱并熔化形成高溫液態(tài)金屬，從而填充到所需焊接的工件之間，即工件間的連接是通過釬焊層實現(xiàn)的，如圖10所示。釬焊屬于固相連接，它與熔焊方法不同，釬焊時母材不熔化，采用比母材熔化溫度低的釬料，加熱溫度采取低于母材固相線而高于釬料液相線的一種連接方法。當(dāng)被連接的零件和釬料加熱到釬料熔化，利用液態(tài)釬料在母材表面潤濕、鋪展與母材相互溶解和擴散，以及在母材間隙中潤濕、毛細(xì)流動、填縫與母材相互溶解和擴散而實現(xiàn)零件間的連接。

　　圖10 激光釬焊原理

　　(2)激光釬焊的優(yōu)缺點

　　激光釬焊作為一種新興的焊接技術(shù)，正在被越來越廣泛地應(yīng)用到生產(chǎn)制造的各個環(huán)節(jié)中，特別在汽車白車身制造領(lǐng)域，激光填絲釬焊已經(jīng)得到比較成熟的應(yīng)用，在應(yīng)用過程中，激光釬焊具有其獨特的優(yōu)勢和應(yīng)盡量避免的一些缺點。

　?、偌す忖F焊加熱溫度較低，只在焊縫表面產(chǎn)生熔化現(xiàn)象，工件內(nèi)部沒有完全熔透，基本不產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。

　?、诩す忖F焊接頭平整光滑，外形美觀。例如，白車身側(cè)圍和頂蓋在拼接的時候，如果采用激光深熔焊焊接，總裝時需要裝配頂飾條對焊縫進行遮蔽，但是如果采用激光釬焊，焊縫均勻、平整光滑，在總裝車間無需對焊縫進行遮蔽。

　?、奂す忖F焊多用波長1.06μm的激光作為光源，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進行加工，靈活性好，更易實現(xiàn)自動化。

　?、苡捎诩す馐梢詫崿F(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡以及掃描鏡等光學(xué)元件進行時間與空間分割，所以激光釬焊能實現(xiàn)多點同時對稱焊。影響激光釬焊的焊接參數(shù)主要有：光斑直徑、激光功率、焊接速度和送絲速度。

　　(3)激光釬焊的主要工藝參數(shù)

　?、俟獍咧睆?。光斑的直徑對釬料的鋪展影響較大。光斑直徑過小，激光集中在釬料上，對母材的加熱不足，釬料在母材上鋪展時冷卻過快，使釬料不易鋪展;光斑直徑過大，如果激光功率不夠則無法及時熔化焊絲，如果激光功率足夠則會嚴(yán)重?zé)龘p母材。對于卷對接接頭，光斑直徑與焊縫寬度(填充面寬度)基本一致時，釬料的鋪展較充分。

　　②激光功率。焊絲熔化的速度取決于激光能量的大小，即激光功率。當(dāng)激光功率不足時，焊絲熔化速度慢，鋪展不充分，且作業(yè)時間長，生產(chǎn)效率低;當(dāng)激光功率過大時，焊絲熔化速度快，如果送絲速度跟不上，則焊縫的鋪展會間斷。激光功率的最大值受設(shè)備限制，調(diào)節(jié)激光功率的大小主要考慮其與焊接速度及送絲速度的匹配。

　?、酆附铀俣群退徒z速度。焊接速度決定作業(yè)時間的長短和生產(chǎn)效率的高低，所以應(yīng)根據(jù)設(shè)備可提供的激光功率的大小選擇適當(dāng)?shù)暮附铀俣纫蕴岣呱a(chǎn)效率。通常焊接速度越快，生產(chǎn)效率越高，但對于半徑較小的圓弧段焊縫或過渡段焊縫，過快的焊接速度產(chǎn)生的離心力將會阻礙熔融釬料的鋪展，使焊接過程不穩(wěn)定。選定了焊接速度(其最大值由機器人的性能決定)之后，需根據(jù)焊縫填充量的多少來匹配適當(dāng)?shù)乃徒z速度。送絲速度過快，焊縫表面會出現(xiàn)釬料的堆積，影響外觀質(zhì)量;送絲速度過慢則會使焊縫表面的出現(xiàn)下陷，過少的填充量會影響焊縫的焊接強度。當(dāng)然，送絲速度的調(diào)節(jié)也需要同時考慮激光功率的大小。

　?、芷渌蛩?。另外，焊絲送絲角度、焊接頭傾斜角度及熱絲時熱絲電流等對焊接質(zhì)量也有較大影響，在工藝調(diào)試過程中要綜合考慮以上因素，才能獲得最佳的焊接品質(zhì)。

　　(4)激光釬焊接頭形式

　　下表為焊裝車身激光釬焊接頭的常見形式，實際應(yīng)用時應(yīng)考慮具體的車身設(shè)計要求、焊接方法的使用、激光焊機的功率和能量密度、焊接時的焊接速度及釬料的選擇以及零件件來料精度等。圖11為激光釬焊焊縫截面圖。

　　圖11

　　(5)激光釬焊焊接頭介紹

　　對于一套應(yīng)用于汽車生產(chǎn)的激光釬焊系統(tǒng)而言，其主要的核心設(shè)備就是激光發(fā)生器、激光釬焊焊接頭、焊絲輸送系統(tǒng)、焊接機器人系統(tǒng)及工裝夾具。激光釬焊焊接頭作為焊接工作部件，直接影響著焊接質(zhì)量。以下以德國Scansonic公司生產(chǎn)的 ALO3(Adaptive Laser Optic)激光釬焊焊接頭為例，介紹其工作原理。

　　如圖12所示，激光從激光器發(fā)出，經(jīng)光纖傳導(dǎo)后被光纖耦合器1耦合，自動對焦模塊2將發(fā)散的光束進行準(zhǔn)直后轉(zhuǎn)換為平行光束，準(zhǔn)直后的平行光束經(jīng)過反射模塊3和6的兩次反射后由光學(xué)聚焦模塊7聚焦后到達工作面。整個焊接過程可以通過監(jiān)控模塊5進行全程監(jiān)控，縱向伸縮臂TA通過自動控制模塊STRG與自動對焦模塊關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)自動對焦，安裝在伸縮臂上的壓力傳感器KS通過STRG與旋轉(zhuǎn)動作控制模塊4關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)焊縫跟蹤。焊縫跟蹤及自動對焦原理見圖 13。德國SCANSONIC公司生產(chǎn)的這套ALO3自適應(yīng)可調(diào)節(jié)激光釬焊鏡頭擁有較大的自由度，能適應(yīng)多種不同形狀焊縫的焊接，這給生產(chǎn)調(diào)試工作帶來了極大的方便，大大地縮短了調(diào)試周期，也使得焊接質(zhì)量更容易得到保證。

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　　圖13 焊縫跟蹤原理圖

　　評價汽車白車身中激光釬焊卷對接接頭質(zhì)量的方法通常是拆卸試驗。一般采用拉伸夾具、錘子和鑿子，使焊接接頭受力直至破壞。如果破壞發(fā)生在母材而不是焊縫，通常認(rèn)為接頭是好的。其中的一個拆卸試驗是切下一個 50mm 寬的接頭(采用 CuSi3 為釬料的激光釬焊)，對其進行拉伸，在斷裂之前能承受 1 噸的力則認(rèn)為滿足要求。此外，還從焊縫結(jié)合情況進行評價。垂直于焊縫進行切割，對焊縫橫截面進行顯微分析，確定裂紋和氣孔發(fā)生的位置以及熔深和熔寬。

　　激光釬焊主要應(yīng)用為頂蓋和側(cè)圍的連接以及行李箱蓋，大眾幾乎所有車型的頂蓋和側(cè)圍連接均采用了激光釬焊，其他成家也紛紛采用激光釬焊技術(shù)如圖14 所示。

　　國內(nèi)某廠商通過激光釬焊工藝攻關(guān)，目前已經(jīng)掌握車身頂蓋及尾蓋的激光釬焊技術(shù)，焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)達到或超過個大主機廠的要求，焊接速度為4~7m/min,能夠?qū)崿F(xiàn)車身30-60JPH的產(chǎn)能需求。目前已經(jīng)完成了車身車間主焊線激光釬焊工作站所有設(shè)計工作，包括頂蓋預(yù)裝工位，激光釬焊工位和焊后打磨處理工位，可為客戶提供整體解決方案和交鑰匙工程。

　　02Number結(jié)束語

　　目前，國際上對激光焊接的研發(fā)和生產(chǎn)投入也越來越大，例如雙光束激光焊接，主要用來焊接鋁合金材料的車身和部件;激光振蕩焊接，通過激光束以特定的軌跡進行掃描，克服激光焊接本身對零件精度要求高的缺點，正逐步應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中;隨著廣大消費者對汽車安全性能要求的不斷提高，越來越多的熱成型鋼板被用到了車身上面，帶有鋁硅涂層的熱成型鋼板以其強度高，耐腐蝕性好而廣受歡迎，目前帶鋁硅涂層的激光拼焊板也越來越多，激光發(fā)揮了 不可替代的作用。

　　國內(nèi)廠商在激光焊接領(lǐng)域內(nèi)也樹立了一座又一座里程碑：世界首次成功研制 15000瓦光纖激光機器人焊接系統(tǒng)實現(xiàn)激光自熔焊接大尺寸核電堆芯圍筒18mm 不銹鋼單面焊雙面成形，世界首次成功研制活塞全自動化生產(chǎn)線焊接實現(xiàn)激光復(fù)合焊接10mm厚42CrMoA活塞環(huán)焊縫對接;國內(nèi)首次成功研制激光遠程焊接汽車覆蓋件工作站實現(xiàn)激光遠程焊接(奔馳天窗)2mm與2mm雙面鍍鋅板疊焊。

　　激光焊接已經(jīng)成為汽車焊裝中的一項標(biāo)準(zhǔn)工藝，進口車型和合資品牌車型應(yīng)用較為廣泛，而自主品牌車型應(yīng)用尚少。隨著制造工藝的發(fā)展，工件精度及工裝夾具和自動化程度的提高，自主品牌的車型也將加大范圍引入激光焊接技術(shù)。