激光焊接技術(shù)在汽車焊接中的應(yīng)用

在20世紀(jì)90年代中期，BMW公司利用激光焊接機(jī)器人完成了BMW 5系列轎車的第一條焊縫，焊縫總長(zhǎng)度達(dá)12m。到2003年7月，激光焊接焊縫的總長(zhǎng)度累計(jì)達(dá)到150萬(wàn)米。

激光技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果是強(qiáng)化了其在汽車制造工業(yè)中的應(yīng)用。Daimler Chrysler公司焊接（設(shè)備和零部件）技術(shù)課題組的負(fù)責(zé)人Christian Elsner先生認(rèn)為：激光焊接最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)和汽車車架的焊接制造。激光焊接長(zhǎng)期以來(lái)并沒(méi)有被充分利用，新的激光焊接電源和更高的功率使得激光焊接擠進(jìn)了長(zhǎng)期以來(lái)一直被傳統(tǒng)焊接技術(shù)所占據(jù)的“領(lǐng)地”。

  激光技術(shù)在汽車工業(yè)中之所以得到了極為廣泛的應(yīng)用，與研究所的科技工作者們的勞動(dòng)是分不開的。Daimler Chrysler公司生產(chǎn)技術(shù)與材料技術(shù)研究所打算在將來(lái)進(jìn)一步加強(qiáng)與物理研究所的密切合作，使焊接生產(chǎn)過(guò)程中的傳感器技術(shù)能有更好的結(jié)果。工業(yè)控制系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)用企業(yè)與科學(xué)研究機(jī)構(gòu)之間的合作越緊密，合作的結(jié)果就越富有成效。

——新的激光焊接方案

目前，一些研究機(jī)構(gòu)和工業(yè)企業(yè)正在研制開發(fā)新的激光焊接方案。新型晶體管脈沖的沙本激光器（Diodengepumpte Scheibenlaser）就是一個(gè)這樣的范例。斯圖加特激光工具研究所（IFSW）的指出：新的沙本激光技術(shù)是一個(gè)全新的晶體管固體激光技術(shù)方案，它有著很高的激光效率和很好的激光聚焦性能。

產(chǎn)生激光的介質(zhì)是一個(gè)極薄的反射片，其厚度在百分之幾到二百分之幾微米之間。脈沖激光射束經(jīng)緊湊的折射鏡系統(tǒng)多次折射，最后經(jīng)晶體射出。盡管反射片厚度尺寸很小，但是其反射能力極高，總效率也很高。Hügel先生認(rèn)為：這種激光技術(shù)集CO2激光技術(shù)與Nd：YAG固體激光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)于一身，在將來(lái)可以開辟更多新的應(yīng)用領(lǐng)域。

激光焊接的使用量在不斷增長(zhǎng)，德國(guó)VW公司的Touran轎車就是一個(gè)很好的例證。在這一新型轎車中，激光焊點(diǎn)的數(shù)量達(dá)到了1400個(gè)、焊縫的總長(zhǎng)度達(dá)70m。在舒適、美觀的敞蓬轎車的生產(chǎn)中，VW公司的技術(shù)人員與奧地利的焊接專家Fronius公司合作研制開發(fā)了一種激光混合焊接技術(shù)。在高級(jí)敞蓬轎車的車門上，激光混合焊接焊縫的長(zhǎng)度達(dá)到了3570mm，是純激光焊接焊縫長(zhǎng)度的3倍。

——激光混合焊接技術(shù)

VW公司的材料專家認(rèn)為：與純激光焊接技術(shù)相比，利用激光混合焊接技術(shù)可大大提高板金件縫隙的連接能力。從而使得VW公司可以更加充分地利用激光高速焊接時(shí)電弧焊接的工藝穩(wěn)定性。另一個(gè)應(yīng)用實(shí)例是BMW 5系列的寶馬轎車的鋁合金隔板采用這種激光混合焊接技術(shù)與內(nèi)高壓變形加工的鋁合金支架焊接在一起。

與各種單獨(dú)使用的激光焊接技術(shù)相比，激光混合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于激光混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：更大的熔深/較大縫隙的焊接能力；焊縫的韌性更好，通過(guò)添加輔助材料可對(duì)焊縫晶格組織施加影響；無(wú)燒穿時(shí)焊縫背面下垂的現(xiàn)象；適用范圍更廣；借助于激光替換技術(shù)投資較少。對(duì)于激光MIG惰性氣體保護(hù)焊混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：較高的焊接速度；熔焊深度大；產(chǎn)生的焊接熱少；焊縫的強(qiáng)度高；焊縫寬度小；焊縫凸出小。從而使得整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性好，設(shè)備可用性好；焊縫準(zhǔn)備工作量和焊接后焊縫處理工作量??；焊接生產(chǎn)工時(shí)短、費(fèi)用低、生產(chǎn)效率高；具有很好的光學(xué)設(shè)備配置性能。

但是，激光混合焊接在電源設(shè)備方面的投資成本相對(duì)較高。隨著市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，電源設(shè)備的價(jià)格也將會(huì)有所下降，并將使激光混合焊接技術(shù)在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。至少激光混合焊接技術(shù)在鋁合金材料的焊接中是一種非常合適的焊接工藝，將在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)成為主要的焊接生產(chǎn)工具。

——雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)

據(jù)BMW公司的專家介紹，在焊接隔板時(shí)，BMW公司采用了雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)。因?yàn)樵摷夹g(shù)在鋁合金材料的焊接過(guò)程中有很好的性能，因此廣泛應(yīng)用于BMW公司的大批量生產(chǎn)過(guò)程中。

在激光焊接中，雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)可在被焊接材料上形成間距很小的兩個(gè)聚焦點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)激光光束的分束和疊加。兩個(gè)激光光源的疊加形成一束激光光束，可大大提高激光功率、生產(chǎn)的穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)靈活性。激光焊接功率的提高一方面可以提高激光焊接焊縫的深度；另一方面又可提高激光焊接的焊接速度；同時(shí)還可避免鋁合金焊接中常見(jiàn)的熔洞和燒穿等焊接缺陷。

——激光焊接技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化

從激光焊接技術(shù)的用戶企業(yè)的角度來(lái)講，一個(gè)沒(méi)有完全得以解決的問(wèn)題是激光焊接技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。該問(wèn)題集中體現(xiàn)在設(shè)備的連接接口和不同的焊接設(shè)備零部件方面。BMW的專家指出：標(biāo)準(zhǔn)化將使得激光光學(xué)設(shè)備、零部件的生產(chǎn)和制造在世界范圍內(nèi)達(dá)到簡(jiǎn)化。VW公司的專家與BMW的專家的觀點(diǎn)相似，并且認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)化還可以提高激光設(shè)備的有效程度。

相反地，Trumpf Gesch?ftsbereichs Lasertechnik的發(fā)言人則認(rèn)為：在激光技術(shù)中，每年都有新的進(jìn)步。因此在激光設(shè)備的生產(chǎn)廠家之間存在著非常強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)，這自然而然地阻礙了不同激光技術(shù)設(shè)備研制、開發(fā)企業(yè)統(tǒng)一的產(chǎn)品研制開發(fā)。所謂的標(biāo)準(zhǔn)化最終只能實(shí)現(xiàn)激光光纜接口的標(biāo)準(zhǔn)化。而做到這一步的前提條件是保質(zhì)、保修的三包責(zé)任和三包過(guò)程得到說(shuō)明和認(rèn)可時(shí)。另一方面，該發(fā)言人也同意在激光應(yīng)用技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中，激光性能的發(fā)展趨勢(shì)是在不斷地提高。這種發(fā)展趨勢(shì)可以增大激光的功率和提高激光的射束質(zhì)量。借助于新的激光產(chǎn)生方案和新的激光設(shè)備設(shè)計(jì)方案，也包括新的激光技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，這種發(fā)展趨勢(shì)可在今后不久得以實(shí)現(xiàn)。