隨著汽車產業的升級和激光技術的發展，激光焊接技術在汽車制造中得到越來越多的應用。本文介紹了世界各國激光焊接、激光拼接、激光復合焊接和激光釬焊在汽車生產中的應用現狀、歷史及未來發展前景。從中可以看到我國在先進裝備制造也和國外的差距和優勢！

1  前言

世界上第一臺激光器誕生于1960 年，我國于1961 年研制出第一臺激光器。 40 多年來，激光技術已在多個學科領域得到了大量的應 用，如航空航天、造船、核能、汽車等。尤其是在新型汽車生產中， 具有更加光明的應用前景。目前， 汽車工業是激光加工的第二個應用領域，約占激光加工的15%份額。 在國外發達國家的汽車制造中，有50%~70%的零部件采用了激光加工 工藝，如激光切割、激光打孔、激光焊接、激光標識等。

相對于普通的汽車連接方法，激光焊接的主要優點如下。

1、與傳統焊接裝備相比，激光焊接速度高，單位時間熔化面積大，焊接效率高，自動化程度高， 可以減少再加工的費用。因此考慮 到運行成本，激光焊接還是比較經濟的焊接方法。

2、焊接時不用焊條或填充材料，可以得到無雜質、無污染的焊縫。

4、激光在真空、空氣及某種氣 體環境中均能施焊，并能通過玻璃 或對光束透明的材料進行焊接。與 真空電子束焊接相比，具有不需要 真空室、不產生X射線等優點。

現代汽車發展的趨勢之一是輕量化。為了達到這個目的，一方面可以 采用密度比較小的鋁（鎂）合金或者強度比較高的高強鋼代替普通鋼，另一方面就是采用新的加工工藝減輕質量。目前，汽車工藝主要的連接方法為電阻點焊、縫焊、二氧化碳焊等方式。當采用鋁（鎂）合金或高強鋼作 為車身材料的時候，這些方法將不再適用。如鋁（鎂）合金的點焊、熔化焊的焊接性很差，很難保證得到合格的接頭，當采用薄的高強鋼代替普通鋼的時候，目前的連接工藝將難以保證整體結構的穩定性，而激光焊非常適合新的車身材料。同時，采用激光焊不需要添加焊接材料，能減輕車身質量，并且具有更強的結合強度。

2       激光焊接方法

2.1  激光焊接

激光焊接在汽車制造中的應用始于變速器的齒輪焊接。在汽車變速器齒輪的設計制造中，為了減輕齒輪質量，減小體積和加工難度，節約原材料，發達國家已將整體加 工的齒輪組或齒輪軸改為分體加工，然后將兩部分焊接在一起，形成一個整體。20 世紀80 年代末， 克萊斯勒公司的Kokomo 分公司購進9臺6 kW CO2激光器，用于齒輪激光焊接，生產能力提高40%。20 世紀90年代初，美國三大汽車公司投入40多臺激光器用于傳動部件焊接。

另外，隨著新型鋁、鎂等輕質材料在汽車中的廣泛應用，傳統的點 焊方法已經不能適應新型材料的連 接要求。一方面，銅電極會和鋁、 鎂元素形成金屬鍵化合物，影響電極的使用壽命；另一方面，鋁、鎂 合金表面的氧化膜也影響點焊接頭質量，故激光焊接代替點焊也是 汽車制造的發展趨勢。目前，激光 焊接技術已成為汽車工業的標準工 藝，是汽車制造生產中最主要的焊 接方法之一。

2.2         激光拼焊

汽車車身部件生產的傳統工藝是先沖壓后焊接。新的工藝方式則將這種順序顛倒過來稱為“拼焊”，即將不同厚度和不同性能的鋼板沖裁后 拼焊起來，然后沖壓成形。采用拼焊鋼板可以按照汽車的不同部位對 應采用不同的板材，更好地發揮其作用。

激光拼焊是當今世界最先進的轎車車身制造技術，以激光焊接不同厚度、不同涂層、不同材質的鋼板，然后沖壓成形，因此激光拼焊具有減少零件和模具數 量、減少點焊數目、優化材料用量、減輕零件質量、降低成本和提高尺寸精度、增加抗沖擊防撞性等優點。采用此項技術可以使生產成本降低15%。

最早應用此項技術的為1985年 Audi 100的底板拼焊。日本豐田汽 車公司的側圍生產線采用拼焊板 后，模具由20副減少到4副，材料利 用率由40%增加到65%。在20世紀

90年代中期，BMW公司利用激光焊 接機器人完成了BMW5系列轎車的第一條焊縫，焊縫總長度達12 m。 目前，國外發達汽車生產廠家已經廣泛采用這種生產工藝，而國內汽車廠商如大眾公司、通用公司、奇瑞公司等已經或者計劃采用或陰莖這種技術。但目前所用激光拼焊設備基本采用進口的，國產設備在這一塊還有很大的差距。

2.3   復合激光焊接目前，激光復合焊接技術主要為激光-電弧（TIG、MIG）復合。德國大眾的材料專家認為，與純激光焊接技術相比，利用激光混合焊接技術可大大提高鈑金件縫隙的連接能力，從而使大眾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定性。同時，采用激光復合 焊接技術具有非常快的焊接速度， 如激光-MIG復合焊接最大焊接速度可達9 m/min。

汽車工藝與材料

激光焊縫最明顯的特征是具有很高的深寬比。激光焊的熱影響區非常窄，焊縫的深寬比很高，但由于 焦點直徑很小，所以焊縫橋聯能力很差。而電弧焊則是通過弧柱傳輸 能量。電弧焊的特點在于電源成本 低，焊縫橋聯性好，易于通過填充金屬改善焊縫結構。但電弧焊的能量密度比較低，加熱面積較大，焊接速度相對較低。Laser-Hybrid激光復合焊技術是兩種焊接方法同時作用于焊接區，除了電弧向焊接區輸入能量，激光也向焊縫金屬輸入熱量。激光-MIG焊采用激光束和電弧 共同工作，焊接速度高，焊接過程穩定，熱效率高，以及允許更大的焊接裝配間隙。

目前，激光復合焊接技術已經 在汽車生產中得到廣泛的應用。大 眾的Phaeton  D1 所有車門都采用 激光-MIG復合焊。另一個應用實例 是BMW5系列的鋁合金隔板，采用這種激光混合焊接技術與內高壓變 形加工的鋁合金支架焊接在一起。 BMW公司采用了雙焦點激光焊接技 術。該技術在鋁合金材料的焊接過 程中有很好的性能，因此廣泛應用 于BMW 公司的大批量生產中。另 外，新型奧迪A8轎車側頂梁上有各 種規格和形式的接頭，就是采用激 光-MIG 復合焊工藝，焊縫共計4.5 m 長。激光復合焊另一特點就是具 有很寬的焊速調整范圍。例如，復合焊在焊接Phaeton 車門對接接頭時，焊接速度在1.2~4.8  m/min 都是可行的。德國大眾汽車工程公司的T.GRAF 等人開發了用于汽車車身制造的激光-MIG復合焊接機頭。 該機頭安裝在弧焊機器人手臂上， 幾何尺寸小，適合任何空間位置焊接，在各方向上的調節精度達到0.1 mm。

為了在保證強度的同時能減輕車門的質量，大眾公司的車門通常由經沖壓、鑄造和擠壓成形的鋁件加工而成。車門的焊縫總長4 980 mm，現工藝是7條MIG  焊縫(總長380 mm)，11條激光焊縫(總長1  030 mm)，48條激光-MIG 復合焊縫(總 長3 570 mm)。

2.4  激光釬焊

隨著車身件制造及裝配精度的 提高，以及用于車身表面覆蓋件連 接的激光釬焊技術的出現，車頂蓋 激光焊接逐漸被激光釬焊所取代， 車頂激光釬焊也成為可直接在車身 表面實施連接的新技術（奔馳公 司在C 級車后立柱上采用了激光填 絲焊接，也屬于少數車身表面焊接 技術之一）。目前，德國大眾汽車 公司的車頂焊接幾乎全部是激光釬 焊，車型包括Golf5、新Audi A6、 MAGOTAN等。激光釬焊于1998年 最早用在大眾公司生產的Bora車身 覆蓋件—— 行李箱蓋的表面連接。 至今行李箱蓋激光釬焊已成為車身 激光焊接的一個典型應用，廣泛用 在德系車上，近年來在一些美系車上也可看到。

3  結束語

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2015-0424