激光焊接是依靠偏光鏡的反射作用，將激光光束反射后匯聚于聚焦裝置，從而使得聚焦點上蘊含著巨大的能量，如果將焦點移近工件，工件會在極短的時間內(nèi)熔化和蒸發(fā)。因此，激光焊接設備中必須有大功率的激光器，目前，主要使用的激光器有兩類：
□ 固體激光器（Nd：YAG激光器）
該激光器波長1.06mm，主要優(yōu)點是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省去復雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)遠程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業(yè)常用輸出功率為3～4kW的Nd：YAG激光器。
□ 氣體激光器（CO2激光器）
該激光器采用分子氣體作為工作介質(zhì)，產(chǎn)生平均波長為10.6mm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標準激光功率在2～5kW。
激光焊接工藝可以實現(xiàn)極小的工件變形和很高的焊接深度/寬度比，并可以獲得優(yōu)質(zhì)的表面焊接質(zhì)量，因此與傳統(tǒng)焊接方法相比，可以獲得更好的工件加工質(zhì)量以及經(jīng)濟效益。另外，利用現(xiàn)代化的監(jiān)測和質(zhì)量控制手段也是必不可少的，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器，通過電子計算機處理，針對不同焊接對象和要求，實現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質(zhì)量監(jiān)測等項目，通過反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù)，從而實現(xiàn)自動化激光焊接。汽車工業(yè)中，激光焊接技術(shù)主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。
LWY400P型激光焊接機
激光焊接的主要優(yōu)勢
1、靈活多樣的配套方式
激光焊接由于采用計算機控制，所以具有較強的靈活性和機動性，如：可以對形狀特殊的門板、擋板、齒輪、儀表板等零部件進行焊接；可以完成車頂和側(cè)圍、發(fā)動機架、散熱器架等部件的裝配焊接；配合光纖傳輸系統(tǒng)和機械手，可以實現(xiàn)自動化的汽車裝配生產(chǎn)線。這種靈活性決定了激光焊接可應用于現(xiàn)代高柔性的生產(chǎn)過程中，可以滿足用戶的各種需求，并降低用戶生產(chǎn)成本，使企業(yè)更具市場競爭力。
2、不需要對工件進行二次加工
激光焊接中，光束匯聚點的直徑微小，蘊含能量巨大。同時，由于激光焊接具有效率高、深/寬比大、焊縫處的熱應變值較低、熱影響區(qū)小等特點，因此，可以保證工件材料的原有成形性能，不需要對工件進行二次加工。
3、實現(xiàn)更可靠的汽車安全性
采用激光焊接，可以針對零部件不同部位的具體強度要求，采用不同厚度的鋼板，從而大大提高抗碰撞能力。同時，激光焊接可以實現(xiàn)更好的焊縫質(zhì)量，從而顯著改善了車身的抗沖擊性和抗疲勞性。
4、簡化工藝步驟，減少設備投入
采用激光拼焊板可以在充分分析車身結(jié)構(gòu)的基礎上優(yōu)化部件設計，實現(xiàn)零部件的一體成形，相比于傳統(tǒng)汽車制造方式中將多個零部件沖壓后再用點焊連接起來的方式，激光焊接不僅可以提高車身的焊接質(zhì)量，同時減少了大量沖壓設備和模具，增加了材料利用率，簡化了工序。如一輛汽車的車身和底盤由300種以上的零件組成，采用激光焊接可以把所有不分厚度、牌號、種類、等級的材料焊接在一起，制成各種形狀的零件，大大提高汽車設計的靈活性。
主要應用案例
目前，在汽車制造領域中，激光焊接技術(shù)主要用于在線車身焊接、非在線激光拼焊和零件焊接等。
1、在線車身焊接
在線車身激光焊接主要用于車身框架結(jié)構(gòu)的焊接，例如頂蓋與側(cè)面車身的焊接。采用激光焊接技術(shù)，可以減少工件之間接合面的寬度，不僅降低了板材使用量，同時也提高了車體的剛度，提高了產(chǎn)品的市場競爭能力。
2、非在線激光拼焊
激光拼焊是在車身設計制造中，根據(jù)車身不同的設計和性能要求，選擇不同規(guī)格、不同厚度、強度和鍍層的鋼板焊接在一起，完成車身某一部位的制造，例如前后車門內(nèi)板、前后縱梁、側(cè)圍、底板、輪罩、中立柱等。
3、齒輪及零部件激光焊接
采用激光焊接對齒輪等零部件進行加工，可以實現(xiàn)極微小的焊接變形，焊接速度快，而且不需要焊后熱處理。常用于變速器齒輪、氣門挺桿、車門鉸鏈、傳動軸、轉(zhuǎn)向軸、皮帶輪、排氣管、離合器等的焊接。
尤其在一些對氣密性要求較高的汽車零部件的制造中，激光焊接更具有不可替代的優(yōu)勢。以乘用車ABS電磁閥的密封焊接為例，由于電磁閥處于液壓環(huán)境中，對整個焊接部位的密封性要求極高，即使是非常細小的裂紋都會對產(chǎn)品質(zhì)量帶來極大地影響，傳統(tǒng)的氬弧焊無法從根本上解決細小裂紋的問題。“華工激光”根據(jù)合金材料的焊接特點開發(fā)出的新型合金材料激光焊接設備可以從根本上解決細小裂紋的產(chǎn)生，目前已經(jīng)被廣泛應用于乘用車ABS電磁閥（圖1）、氣缸墊（圖2）、液壓挺桿（圖3）等汽車零部件的焊接領域。
圖1 ABS電磁閥激光焊接
圖2 氣缸墊激光焊接
圖3 液壓挺桿激光焊接
4、塑料零部件的激光焊接
激光焊接塑料的基本原理是：兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起，激光穿過一個制品，然后被另外一個制品吸收，吸收激光能量的制品將光能轉(zhuǎn)化為熱能，在塑料的接觸面熔化，形成一個焊接區(qū)。絕大多數(shù)本色的塑料和許多有色的半透明塑料都能實現(xiàn)激光焊接（圖4），例如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯烯（PP）等材料。
圖4 塑料零部件激光焊接
與傳統(tǒng)的塑料焊接技術(shù)相比，激光焊接塑料技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)點：
□ 焊縫精密、牢固和密封性（不透氣和不漏水）能好；
□ 易于控制，具有良好的適應性；
□ 極大地減小了制品的振動應力和熱應力；
□ 能夠?qū)⒃S多種類不同的材料焊接在一起。
目前市場上的塑料激光焊接機主要采用波長為1064nm的半導體激光器作為光源，以“華工激光”的產(chǎn)品為例，根據(jù)客戶的工件形態(tài)，分別有：
（1）基于振鏡運動方式的LWD50F塑料激光焊接機，主要用于平面焊接。
（2）基于電動工作臺三維運動的LWD50T塑料激光焊接機，主要用于三維曲線的焊接。
結(jié)語
隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，激光功率的不斷提高，必將有越來越多的激光工藝應用到汽車及零部件的制造中來，對于汽車及零部件制造企業(yè)來說，越早引入激光加工工藝，就能越早體會到新的加工技術(shù)帶來的工藝突破。
（轉(zhuǎn)載）
