激光焊接技术开启汽车焊接新时代

HEATS

在20世纪90年代中期，BMW公司利用激光焊接机器人完成了BMW 5系列轿车的第一条焊缝，焊缝总长度达12m。到2003年7月，激光焊接焊缝的总长度累计达到150万米。

激光技术竞争的结果是强化了其在汽车制造工业中的应用。Daimler Chrysler公司焊接（设备和零部件）技术课题组的负责人Christian Elsner先生认为：激光焊接最主要的应用领域是汽车传动系统和汽车车架的焊接制造。激光焊接长期以来并没有被充分利用，新的激光焊接电源和更高的功率使得激光焊接挤进了长期以来一直被传统焊接技术所占据的“领地”。

激光技术在汽车工业中之所以得到了极为广泛的应用，与研究所的科技工作者们的劳动是分不开的。Daimler Chrysler公司生产技术与材料技术研究所打算在将来进一步加强与物理研究所的密切合作，使焊接生产过程中的传感器技术能有更好的结果。工业控制系统生产企业、工业控制系统应用企业与科学研究机构之间的合作越紧密，合作的结果就越富有成效。

新的激光焊接方案

目前，一些研究机构和工业企业正在研制开发新的激光焊接方案。新型晶体管脉冲的沙本激光器（Diodengepumpte Scheibenlaser）就是一个这样的范例。斯图加特激光工具研究所（IFSW）的指出：新的沙本激光技术是一个全新的晶体管固体激光技术方案，它有着很高的激光效率和很好的激光聚焦性能。

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“赛飞利”（德国欧宝）B、C、D柱由液压成形材料激光焊接而成，
白车身在重量减轻了24%的同时，保持了与现款相同的冲撞安全性及耐久性。

产生激光的介质是一个极薄的反射片，其厚度在百分之几到二百分之几微米之间。脉冲激光射束经紧凑的折射镜系统多次折射，最后经晶体射出。尽管反射片厚度尺寸很小，但是其反射能力极高，总效率也很高。Hügel先生认为：这种激光技术集CO2激光技术与Nd：YAG固体激光技术的优点于一身，在将来可以开辟更多新的应用领域。

激光焊接的使用量在不断增长，德国VW公司的Touran轿车就是一个很好的例证。在这一新型轿车中，激光焊点的数量达到了1400个、焊缝的总长度达70m。在舒适、美观的敞蓬轿车的生产中，VW公司的技术人员与奥地利的焊接专家Fronius公司合作研制开发了一种激光混合焊接技术。在高级敞蓬轿车的车门上，激光混合焊接焊缝的长度达到了3570mm，是纯激光焊接焊缝长度的3倍。

激光混合焊接技术

VW公司的材料专家认为：与纯激光焊接技术相比，利用激光混合焊接技术可大大提高板金件缝隙的连接能力。从而使得VW公司可以更加充分地利用激光高速焊接时电弧焊接的工艺稳定性。另一个应用实例是BMW 5系列的宝马轿车的铝合金隔板采用这种激光混合焊接技术与内高压变形加工的铝合金支架焊接在一起。

与各种单独使用的激光焊接技术相比，激光混合焊接技术具有显著的优点。对于激光混合，优点主要体现在：更大的熔深/较大缝隙的焊接能力；焊缝的韧性更好，通过添加辅助材料可对焊缝晶格组织施加影响；无烧穿时焊缝背面下垂的现象；适用范围更广；借助于激光替换技术投资较少。对于激光MIG惰性气体保护焊混合，优点主要体现在：较高的焊接速度；熔焊深度大；产生的焊接热少；焊缝的强度高；焊缝宽度小；焊缝凸出小。从而使得整个系统的生产过程稳定性好，设备可用性好；焊缝准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小；焊接生产工时短、费用低、生产效率高；具有很好的光学设备配置性能。

但是，激光混合焊接在电源设备方面的投资成本相对较高。随着市场的进一步扩大，电源设备的价格也将会有所下降，并将使激光混合焊接技术在更多的领域中得到应用。至少激光混合焊接技术在铝合金材料的焊接中是一种非常合适的焊接工艺，将在较长的时期内成为主要的焊接生产工具。

双焦点激光焊接技术

据BMW公司的专家介绍，在焊接隔板时，BMW公司采用了双焦点激光焊接技术。因为该技术在铝合金材料的焊接过程中有很好的性能，因此广泛应用于BMW公司的大批量生产过程中。

在激光焊接中，双焦点激光焊接技术可在被焊接材料上形成间距很小的两个聚焦点，可实现激光光束的分束和叠加。两个激光光源的叠加形成一束激光光束，可大大提高激光功率、生产的稳定性、产品质量和生产灵活性。激光焊接功率的提高一方面可以提高激光焊接焊缝的深度；另一方面又可提高激光焊接的焊接速度；同时还可避免铝合金焊接中常见的熔洞和烧穿等焊接缺陷。

激光焊接技术的标准化

从激光焊接技术的用户企业的角度来讲，一个没有完全得以解决的问题是激光焊接技术的标准化问题。该问题集中体现在设备的连接接口和不同的焊接设备零部件方面。BMW的专家指出：标准化将使得激光光学设备、零部件的生产和制造在世界范围内达到简化。VW公司的专家与BMW的专家的观点相似，并且认为标准化还可以提高激光设备的有效程度。

相反地，Trumpf Gesch ftsbereichs Lasertechnik的发言人则认为：在激光技术中，每年都有新的进步。因此在激光设备的生产厂家之间存在着非常强烈的竞争，这自然而然地阻碍了不同激光技术设备研制、开发企业统一的产品研制开发。

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通快华嘉有限公司上海代表办事处首席代表Eva Schwinghammer博士介绍，TRUMPF的HL 4006D
（输出功率350W~4000W）等先进的激光器及焊接系统已经应用于中国汽车及零部件制造中。

所谓的标准化最终只能实现激光光缆接口的标准化。而做到这一步的前提条件是保质、保修的三包责任和三包过程得到说明和认可时。另一方面，该发言人也同意在激光应用技术的各个领域中，激光性能的发展趋势是在不断地提高。这种发展趋势可以增大激光的功率和提高激光的射束质量。借助于新的激光产生方案和新的激光设备设计方案，也包括新的激光技术应用领域，这种发展趋势可在今后不久得以实现。