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器人完成了BMW 5系列轎車的第一條焊縫，焊縫總長度達12m。到2003年7月，激光焊接焊縫的總長度累計達到150萬米。

激光技術(shù)競爭的結(jié)果是強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)課題組的負責(zé)人Christian Elsner先生認為：激光焊接最主要的應(yīng)用領(lǐng)域是汽車傳動系統(tǒng)和汽車車架的焊接制造。激光焊接長期以來并沒有被充分利用，新的激光焊接電源和更高的功率使得激光焊接擠進了長期以來一直被傳統(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)研究所打算在將來進一步加強與物理研究所的密切合作，使焊接生產(chǎn)過程中的傳感器技術(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)點于一身，在將來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，德國VW公司的Touran轎車就是一個很好的例證。在這一新型轎車中，激光焊點的數(shù)量達到了1400個、焊縫的總長度達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)。在高級敞蓬轎車的車門上，激光混合焊接焊縫的長度達到了3570mm，是純激光焊接焊縫長度的3倍。

——激光混合焊接技術(shù)

VW公司的材料專家認為：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電弧焊接的工藝穩(wěn)定性。另一個應(yīng)用實例是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。對于激光混合，優(yōu)點主要體現(xiàn)在：更大的熔深/較大縫隙的焊接能力；焊縫的韌性更好，通過添加輔助材料可對焊縫晶格組織施加影響；無燒穿時焊縫背面下垂的現(xiàn)象；適用范圍更廣；借助于激光替換技術(shù)投資較少。對于激光MIG惰性氣體保護焊混合，優(yōu)點主要體現(xiàn)在：較高的焊接速度；熔焊深度大；產(chǎn)生的焊接熱少；焊縫的強度高；焊縫寬度小；焊縫凸出小。從而使得整個系統(tǒng)的生產(chǎn)過程穩(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小；焊接生產(chǎn)工時短、費用低、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較高。隨著市場的進一步擴大，電源設(shè)備的價格也將會有所下降，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，將在較長的時期內(nèi)成為主要的焊接生產(chǎn)工具。

——雙焦點激光焊接技術(shù)

據(jù)BMW公司的專家介紹，在焊接隔板時，BMW公司采用了雙焦點激光焊接技術(shù)。因為該技術(shù)在鋁合金材料的焊接過程中有很好的性能，因此廣泛應(yīng)用于BMW公司的大批量生產(chǎn)過程中。

在激光焊接中，雙焦點激光焊接技術(shù)可在被焊接材料上形成間距很小的兩個聚焦點，可實現(xiàn)激光光束的分束和疊加。兩個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；同時還可避免鋁合金焊接中常見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)的角度來講，一個沒有完全得以解決的問題是激光焊接技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化問題。該問題集中體現(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)達到簡化。VW公司的專家與BMW的專家的觀點相似，并且認為標(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)言人則認為：在激光技術(shù)中，每年都有新的進步。因此在激光設(shè)備的生產(chǎn)廠家之間存在著非常強烈的競爭，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)任和三包過程得到說明和認可時。另一方面，該發(fā)言人也同意在激光應(yīng)用技術(shù)的各個領(lǐng)域中，激光性能的發(fā)展趨勢是在不斷地提高。這種發(fā)展趨勢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)展趨勢可在今后不久得以實現(xiàn)。