有時候，降低成本的同時也可以提高外觀，生產(chan) 出高品質的汽車。應用實例：將激光釺焊用於(yu) 車頂與(yu) 汽車側(ce) 麵板連接的焊接中。與(yu) 激光焊接和點焊相比，激光釺焊可以大大提高焊縫的外觀效果，甚至於(yu) 車頂飾條都可以省去。消費者也因此獲得了更多的好處——車輛更加輕、車內(nei) 更安靜、整個(ge) 車身更堅固且更安全，也避免了很容易出現突出來的塑料部件的煩惱，省去了昂貴且不必要的維修費用。因為(wei) 沒有車頂飾條，焊接表麵非常地連續平滑，車頂的線條也變得更加幹淨清爽，容易積累灰塵和贓物的縫隙也沒了。

在過去十年裏，激光技術被大量地用於(yu) 白車身的生產(chan) 中。沃爾沃和寶馬都是采用激光焊接技術較早的汽車製造商，大眾(zhong) 公司起步稍晚但是迅速走到了前麵，在其位於(yu) 德國沃爾夫斯堡及全球各地的工廠內(nei) 安裝了大量的燈泵浦脈衝(chong) Nd:YAG激光設備。最早的激光焊接接頭都是隱藏起來的或被遮住的，主要是為(wei) 了降低焊接翼緣的尺寸和車身的重量，通過液壓成型支柱的使用來提高結構的剛性。今天這些結構性焊接方式依然在使用中。不過，隻有在鍍鋅鋼板的激光釺焊以及將鋁材料與(yu) A級表麵麵板的填充鋼絲(si) 焊接時，激光焊接的優(you) 勢才可以得到最佳的體(ti) 現。對這些表麵來說，最重要的是熱變形要盡可能地小，焊縫的剛性要足夠強，這樣在幾乎不需要任何後處理的情況就可以進行塗裝工作，所有這些讓激光焊接成為(wei) 白車身連接中一種獨一無二的工藝。鍍鋅鋼板的A級表麵激光釺焊最早於(yu) 1997年應用在奧迪TT車型上。將C柱焊接到後側(ce) 圍板上可以將同樣的部件用於(yu) 敞篷車及雙門轎跑車以及大眾(zhong) 寶來行李箱蓋上——該行李箱蓋是兩(liang) 個(ge) 部件衝(chong) 壓後連接在一起的。

設備的考慮

無故障時間是汽車生產(chan) 工廠內(nei) 任何設備首要考慮的因素。一般對設備無故障運行時間的要求是至少要達到99.5%，最多不超過30分鍾要讓設備再重新運轉起來。雖然遠遠比不上電信通訊設備的可靠性，但是對工業(ye) 激光係統來說這樣的要求也是非常具有挑戰性的了，而且通常是項目開展初期最大的問題。通常這個(ge) 問題需要采取兩(liang) 手準備的方式——采用可靠的激光設備，同時輔以可行的備用方案。

許多工廠都采用所謂的“激光農(nong) 場”的方式，一條產(chan) 線上所有的激光器都設置在生產(chan) 區域的中央位置，工作環境得到有效的控製——這個(ge) 位置通常在夾層樓麵上。廠區內(nei) 所有用到激光器的位置分布在工廠的各個(ge) 角落，需要很長的光纖進行傳(chuan) 輸，還需要高級控製方式，通過工廠網絡提供光束傳(chuan) 輸解決(jue) 方案。在燈泵浦脈衝(chong) Nd:YAG激光器是唯一一種工業(ye) 激光解決(jue) 方案的時期，這是最佳的生產(chan) 布局方式。這些係統非常龐大且效率低下，需要經常進行定期或不定期維修。

工業(ye) 領域應用中最新的激光技術，如光纖耦合二極管激光器、光纖激光器或者是蝶式激光器等都是以二極管技術為(wei) 基礎的激光器，固有的可靠性更高。在一些新的激光應用項目中，二極管激光器通常安裝在激光加工單元附近。備用方案通常依賴額外的光纖和光束開關(guan) ，可以與(yu) 最高8條光纖進行分時，雖然降低了生產(chan) 周期，但是可以服務於(yu) 多個(ge) 生產(chan) 單元，或在整個(ge) 係統出現故障的情況下服務於(yu) 車身的兩(liang) 個(ge) 麵的生產(chan) 需求。因為(wei) 采用了滾動腳輪，在其他激光器被維修的情況下還可以很快地將備用激光器快速地移動激光加工單元，免除了一定要在生產(chan) 區域維修的不便和麻煩。

將多功率激光器安裝在腳輪上意味著汽車行業(ye) 另外一個(ge) 需求也得到了解決(jue) 。現在的激光器設計得比普通家用電冰箱還小，這主要得益於(yu) 牆麵插座效率的提高。蝶式和光纖激光器的插座效率可以分別達到25%和30%，而用於(yu) 釺焊的光纖耦合二極管激光器的插座效率可以達到40%以上。這樣激光器本身自帶的輔助部件如電源和冷卻係統的尺寸就可以得到大幅的減少，整個(ge) 激光器的尺寸也就得到了減少。此外，與(yu) 燈泵浦係統相比，外部冷卻要求也得到了大幅的降低，冷水機可以放在激光發生器的內(nei) 部或旁邊。

釺焊速度的提高

二極管激光器首次應用於(yu) 工業(ye) 領域是作為(wei) 一種釺焊工具，用於(yu) 奧迪A3轎車後擋板的焊接上。最初采用的加工速度為(wei) 2.4 m/min。為(wei) 了提高產(chan) 量，大眾(zhong) 設立了這樣一個(ge) 目標——在不犧牲焊接質量的情況下提高釺焊的速度。在大眾(zhong) 位於(yu) 沃爾夫斯堡的途安生產(chan) 線上，研究人員對Nd:YAG激光器和光纖耦合而激光激光器進行了對比。已有的YAG激光器采用散焦光束，而新添加的二極管激光器采用聚焦光束的方式，焦點直徑設置為(wei) 3.2mm。

在使用了二極管激光器後，釺焊的速度和接頭質量都得到了提升。若采用top-hat光束聚焦方式，功率密度可以更加均勻地分布到焊接部件的邊界區域。在使用6kW二極管激光器情況下，邊緣切口可以減少75%，最高焊接速度可以增加到4.4 m/min。大眾(zhong) 最後決(jue) 定將所有的YAG激光器替換成二極管激光器，用於(yu) 途安轎車的釺焊加工中。

鋁合金件焊接

新的排放及企業(ye) 平均油耗標準給汽車製造商帶來了前所未有的壓力，提高發動機效率是他們(men) 迎接這種挑戰的一種方式，與(yu) 此同時，降低車身重量也是立竿見影的有效方式。用鋁合金替代鋼而用於(yu) 車身結構件上可以實現50%的減重效果，比如采用大量鋁合金的奧迪A8轎車比1994年最早推出來的首款車型輕了239kg。

鋁合金件的連接在最初的確是一個(ge) 不小的挑戰，但是隨著鉚接及MIG焊接工藝的應用，這個(ge) 問題已經基本得到了解決(jue) 。現在，激光技術的新發展更進一步解決(jue) 了鋁合金的連接問題。

采用填絲(si) 的方式來焊接鋁合金白車身結構件很自然地成為(wei) 許多汽車製造商在麵對鋁合金連接帶來的挑戰時選擇的一種解決(jue) 方案，采用的加工方式也幾乎相同。接頭類型基本一樣，同時采用相同的加工頭。

二極管激光器對鋁合金焊接來說具有獨特的優(you) 勢：二極管的波長範圍為(wei) 900-1060nm，與(yu) 蝶式激光器的1030nm波長和光纖激光器的1070-1080nm波長更加接近鋁合金峰值吸收波段。一些汽車製造商在這方麵做了大量的開發和測試工作，最後都將二極管激光器用於(yu) 結構焊接及外表皮連接。

通常來說，焊接車身中常用的6000係列鋁合金件需要AlSi填充材料，避免焊接接頭出現熱裂現象。激光焊接設備基本與(yu) 釺焊工藝中采用的加工設備一樣，這些都經過了多年的行業(ye) 應用，已經非常成熟。在釺焊中，填絲(si) 采用接觸式焊縫跟蹤鏡頭添加進去。

在經過多年的研發和探索後，奧迪決(jue) 定采用4Kw/400μm光纖的二極管激光器來焊接旗下幾款車型的鋁合金後擋板，現在依然在工廠內(nei) 采用該係統。

庫卡北美公司也成功應用了4Kw/400μm和6kW/1000μm激光器，根據接頭要求的不同有針對性地選擇使用。一般的焊接速度為(wei) 3-4m/min。1000μm光纖對搭焊來說特別有效果，這種連接方式對焊接強度要求非常高，而且在焊縫背麵看不出，甚至完全沒有焊接跡象。

其他焊接應用

混合動力車和電動汽車需要采用大容量的電池。鋰離子電池外殼大多數都是鋁合金製成的，需要氣密性。焊接過程不能破壞殼子內(nei) 任何部件。

熱導焊是該應用的解決(jue) 方案，加工過程非常穩定，工藝窗口較寬。舉(ju) 例說明：某個(ge) 電池殼采用3000係列鋁合金製成，厚度為(wei) 1mm，焊接深度被嚴(yan) 格控製在0.3-0.6mm之間，沒有采取任何預清洗工作。

在該例子中，焦點直徑設置為(wei) 0.6mm，200mm聚焦鏡頭，焊接速度為(wei) 4.5m/min，功率控製在1800-2800w之間，焊接過程非常穩定，最後焊接深度在0.35-0.55mm之間，雖然輸出功率範圍較大，但是依然控製在工藝窗口範圍內(nei) 。

結論

為(wei) 了滿足汽車製造商對車輛可靠性的需求，一種新的近紅外激光器為(wei) 汽車車身設計提供了新的思維方式。二極管激光釺焊部件滿足可視焊縫在不需要進一步後處理情況下光學質量的最高規格標準。優(you) 秀的加工穩定性、較高的焊接速度、可靠性和成本優(you) 勢等特性讓光纖耦合二極管激光器在許多新的汽車車身連接方麵獲得了越來越廣泛的應用。