激光焊接技術在汽車制造與輕量化開發中的應用

隨著汽車向低碳化、多元化、智能化的方向發展，汽車輕量化已是大勢所趨。激光焊接技術作為一種重要的加工技術，將大力推動汽車輕量化制造的進程。采用激光焊接技術，可以顯著改善車身的抗沖擊性能與抗疲勞性能，提高汽車品質。國內激光技術快速發展，激光技術與裝備日趨成熟，激光制造成本不斷降低。激光焊接具有焊接速度快、焊接深度大（激光焊接深寬比可達5∶1）、焊接變形小、自動化程度高、可進行非接觸遠距離焊接的特點，在汽車零部件制造領域，尤其是在汽車動力總成模塊、底盤模塊、車身模塊和電子系統等汽車零部件輕量化制造上獲得廣泛應用。

1.輕量化，激光焊接技術能做些什么？

實現汽車輕量化的著力點主要集中于：結構化設計、輕量化材料應用和采用先進制造工藝。而激光焊接技術就是實現汽車輕量化的制造工藝解決方案。

激光焊接技術是于 20 世紀 60 年代發展起來的，這項技術主要依靠能量密度的激光為熱源，完成精密的焊接工作。區別于傳統焊接技術，激光焊接技術形成的焊縫較小，速度快，熱應變小，這都是該項技術在汽車輕量化中被應用的原因。將激光焊接技術應用于汽車輕量化研發中，具有焊接成本低、接頭質量高、使用范圍廣等特點。

激光焊接技術主要用于汽車白車身頂蓋激光自動焊接、多聯齒輪激光焊接、安全氣囊點火器激光焊接、傳感器激光焊接、電池閥激光焊接等。

幾乎全部車企都應用了激光拼焊技術。在汽車制造中激光焊接的另一個重要應用是激光焊接車身框架。激光焊接屬于連續連接，可以使得車身的強度和剛度提高；同時，采用激光焊接技術可以減少鋼板使用量，達到降低車身質量的目的。例如，德國大眾2004年的第5代Golf車身，激光焊達到了70m。

2.激光焊接原理與技術

2.1 激光焊接原理

激光焊接的原理是利用高強度的激光束直接輻射到金屬表面，使被焊處形成一個能量集中的熱源區從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。激光焊接有脈沖激光焊接和連續激光焊接兩種焊接方式。脈沖激光焊接根據焊接原理又分為熱傳導焊接和激光深熔焊，主要用于單點焊接和薄壁材料的焊接。連續激光焊接主要用于厚板材料的焊接與切割。激光焊接也有一定局限性，例如，對零件精度與表面質量要求高，焊縫易出現疏松及氣孔等質量缺陷。激光焊接技術總結見表1。

表1 激光焊接技術特點

2.2 汽車零部件制造常用的激光焊接技術與工藝

（1）激光自熔焊：激光自熔母材。工藝特點：焊接高速、高精度、熱量輸入小、變形小、深寬比大。

（2）激光填絲焊：激光+焊絲。工藝特點：擴大激光焊接范圍，提高焊縫成形質量，控制焊縫區域組織性能。

（3）激光遠程焊：激光+掃描振鏡。工藝特點：替代傳統點焊、高速、高精度、空間可達性高、可焊多形狀焊縫。

（4）激光-電弧復合焊接：激光+電弧。工藝特點：高適應性、大熔深、高強度、變形小、焊縫質量高。

（5）激光釬焊：激光+釬料。工藝特點：潤濕母材（未融化）填充接頭、連接密封母材、成型美觀。

3.焊接技術在汽車制造中的應用-六軸機械手焊接機

（1）主要用于汽車車身焊接；

（2）硬件配置進口中高功率激光器安全穩定可靠；

（3）外加紅光矯正，方便試教過程激光紅光的對準，找到聚焦點；

（4）靈活操作運動系統，人性化設計，更好的用戶體驗。

4.新能源行業

新能源汽車中電池、電機、電控是其三大核心零部件，從汽車電芯制造以及PACK組裝，特別是動力電池結構涵蓋多種材料，例如鋼以及鋁，還有銅和鎳等這些金屬可能會被制成電極、導線，外殼等。并且材料極薄，在受熱區域面積過大、受熱時間過長的情況下，極易變形，造成焊接不良。然而星鏈系列焊接機器人能適應不同的有色金屬焊接，有著焊接速度快、受熱時間短等優勢，有效的解決此行業焊接難題。

5.高功率激光焊接設備

（1）主要用于汽車行業的焊接，配置高功率的光纖激光器；

（2）工作臺采用高精度的旋轉臺，有效保證焊接工藝的穩定和精度；

（3）采用6軸機器人和一個外部軸，六工位的自動焊接，節約了人工上料的時間，同時提升了產量；

（4）搭載智能相機和焊縫探測系統可實現焊縫自動跟蹤和在線質量檢測，可隨時觀察焊接產品的情況。

6.結論

激光焊接技術在汽車制造中的應用體現出其強大的生命力和廣闊的應用前景。吉利、長城等汽車制造公司已經在部分新車型中采用激光焊接技術。在可預見的未來以及新能源汽車市場的推動下，激光焊接技術一定會在汽車制造領域廣泛應用，助力國內汽車輕量化制造技術進步與發展。