图1  WF200

21世纪汽车工业正在步入能按照用户要求进行柔性模块式生产的方式，传统加工工艺不能满足新生产方式的需要，这给激光焊接技术的大规模应用提供了一个机遇，如今激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。

据有关资料统计，在欧美发达工业国家，有50%～70%的汽车零部件是用激光加工来完成的，其中主要以激光焊接和切割为主。如今，激光焊接在汽车工业中已成为标准工艺。激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。采用激光焊接技术，不仅降低了成本，还大大提高了生产效率。

图2  气缸垫片

激光焊接技术在国外汽车制造业中的应用

如今，激光焊接技术在国外汽车制造业中的应用已经相当广泛了。美国通用汽车公司已经采用了22条激光加工生产线；美国福特汽车公司采用Nd:YAG激光器结合工业机器人焊接轿车车体，极大地降低了制造成本。早在2000年，美国3大汽车公司就有50%的电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。在日本，激光焊接在生产线上的成功应用为世界所瞩目，如在汽车车体制造中采用将薄钢板实施激光焊接后冲压成型的新方法，现在已为世界上大多数汽车厂家所仿效。

图3  汽车火花塞

世界上很多著名汽车厂商都建有专门的激光焊接专用生产线：Thyssen钢铁公司的轿车底板拼焊生产线，大众汽车厂的齿轮激光加工生产线，奔驰汽车厂的18个厂房里有8个厂房安装了激光加工设备。

激光焊接技术的应用实例

激光焊接技术在焊接铝材、用焊接件代替铸件以及全车身构架结构焊接的应用前途最大。目前，由于激光电源和输出激光功率的限制，国内自制激光焊接在汽车行业的应用只能局限在2mm内的汽车零部件焊接上，比如油缸垫片、喷油嘴、传感器、消声器等小零部件的焊接。

图4  PB50A

国际知名激光加工设备生产厂商—深圳市大族激光科技股份有限公司（以下简称为大族激光）在激光器的可移动性、体积大小等方面下功夫，用光纤传输激光，使激光器适合汽车生产线的需要。大族激光研制的光纤传输激光焊接机利用光纤耦合聚焦，激光头和机械之间通过光纤柔性连接，激光头可以远离焊接机，实现了主机和加工之间的软连接，使机器能够更好地配合各种生产线，易于实现自动化。激光器性能稳定可靠、寿命长、占地面积小、使用维护方便，特别适用于激光加工车间和自动化生产线。

为了保证缝焊、密封焊焊接过程中，输出能量的稳定性，大族激光先后推出了WF型光纤传输激光焊接机和PB型光纤传输激光焊接机。

(1) WF型光纤传输激光焊接机（如图1所示），采用单片机与FPGA结合的控制方案，利用电流霍尔器件感应实际的输出电流大小，并根据所反馈的电流值对激光电源输出的电流的形状、强度进行实时调节，从而达到对输出激光的功率和能量进行控制，使它达到用户的需求。使用WF型光纤传输激光焊接机可以使点焊时的焊点更加均匀、柔和，让生产变得更加稳定；能够有效地降低激光腔热透镜效应对生产所造成的困扰，让缝焊的起始段不会太强；能量稳定性≤±5％，适合于对能量稳定性较高的场合。图2、图3为WF型光纤传输激光焊接机的焊接产品。

图5  喷油嘴1

(2) PB型光纤传输激光焊接机（如图4所示），这种机型的控制系统采用单片机与FPGA结合的控制方案，根据客户预先设定的激光波形，结合光电传感器反馈的激光输出能量，对激光电源实现闭环控制，实时调节电源的输出能量，从而实现激光功率的可编程输出，使得电网波动、水温变化、氙灯老化等因素不再影响激光输出能量的稳定性，整个焊接过程中输出能量稳定性≤±2.5％。由于采用功率反馈，在氙灯的整个使用过程不需要手动调整注入能量，机器会自动调整好，一直到灯寿命到了后，机器才会自动报告应该换灯了。PB型光纤传输激光焊接机适合于对能量稳定性要求很高的场合，在整个激光行业中处于领先地位。

大族激光的激光焊接机，已经成功应用于汽车零部件的焊接之中。图5中，对汽车喷油嘴1进行焊接，焊后要求测试0.2MPa不漏油，速度2个/min，实际测试时用0.6MPa压力，6个/min，合格率达到98%以上。实际操作时激光焊接时间4s，装夹时间6s，如果调整夹具，该为流水线操作，缩短装夹时间，生产效率将成倍提高。不考虑夹具精度及工件表面杂质的影响，合格率可达100%。图6为喷油嘴2的焊接，4个工序均有密封焊接要求，焊缝平滑美观、光洁度高，无需打磨可直接进入下工序。这些都表明，激光焊接几乎可以达到完美加工的要求，在效率、经济、安全、强度、抗腐蚀性上都有优秀表现。

图6  喷油嘴2

激光焊接技术前景

随着激光输出功率的提高，特别是高功率CO2激光器的出现，激光深穿透技术在国内外都得到了迅速发展，最大的焊接深宽比已经达到了12:1。激光焊接的速度约为4.5m/min，而且很少变形，省去了二次加工。激光焊接加速了用冲压零件代替锻造零件的进程，减少了模具数量。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。因此，激光焊接在汽车制造业中作用已经是越来越重要了。

目前，大族激光自主开发的600W的激光焊接机也试制成功，这意味着国产激光器又向大功率迈进了一步，同时，双焦点激光焊接技术、振镜焊接系统也成功应用于电池、IT等行业的焊接，大功率激光器、新的激光电源也在进一步研究当中，相信不久的将来，大族的激光产品将成为汽车行业亲密的合作伙伴。