對于飛速發(fā)展的中國汽車制造業(yè)而言蝌飘，我們都多次在各類場合聽到關(guān)于用激光加工的論題北拌。在實(shí)際產(chǎn)業(yè)應(yīng)用中，很多歐美汽車整車和零部件廠商早在十幾年前就積極投入大量的研發(fā)力量跑既，聯(lián)合激光制造企業(yè)開發(fā)出很多激光加工的工藝和生產(chǎn)線稼崎，并在大規(guī)模生產(chǎn)中廣泛地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量忌党。但放眼看目前中國本土的汽車廠商，尤其是大量的零部件生產(chǎn)廠家清农，除了簡單的激光打標(biāo)外铺举，其他方面的應(yīng)用如激光焊接、激光切割以及激光打孔等的應(yīng)用并不夠栽寄。作為在這類應(yīng)用加工領(lǐng)域處于領(lǐng)導(dǎo)地位的激光廠家劫伊，GSI在此愿意概括激光在汽車制造業(yè)應(yīng)用的領(lǐng)域和特點(diǎn)，拋磚引玉纤耐，幫助大量的中國本土企業(yè)認(rèn)識到激光這一特殊高端技術(shù)的優(yōu)勢姊呐，并竭誠為廣大讀者提供相應(yīng)的技術(shù)支持。

　　激光加工的特有優(yōu)勢

　　1.熱影響很低助被，相對與傳統(tǒng)的焊接和切割方式而言剖张，激光加工無需產(chǎn)生高溫，從而最大限度地減少了對母材及涂層的材料破壞揩环；
　　2.材料變形很小搔弄，大量的材料變形都能控制在百分之幾毫米的范圍內(nèi)；
　　3.高速加工丰滑，對于較薄的不銹鋼材料顾犹，焊接速度可達(dá)到10～20m/min，針對不同的材料及厚度會有響應(yīng)的變化褒墨；
　　4.加工處理后的材料表面會很干凈蹦渣、光潔。大部分的鋼材貌亭、鋁材及合金等材料在激光加工后柬唯，表面都不會出現(xiàn)明顯的變形或破壞，最大程度地保持了原有材料的外觀和特性圃庭；
　　5.單邊加工锄奢，無需接觸，因?yàn)榧す獾墓ぷ髟頌榉墙佑|式的光束聚焦剧腻，所以只需要單邊在一定距離之外作用在材料上即可工划；
　　6.無需后處理。

　　激光焊接

　　焊接可以細(xì)分為車身焊接和零備件焊接占找。對于車身而言恒左，最普遍的是可以完成車頂?shù)絺?cè)身及車門的車體焊接。通常是鍍鋅鋼材的2層搭焊络务，有時也會有3層的焊接需求蔬旋，長度可達(dá)2～3m。此外因?yàn)榧す饧庸た梢詫⒉煌穸群偷燃壍牟牧先菀椎睾附悠饋淼∠剩@種優(yōu)勢可以減少很多額外的工序哩疲，大量節(jié)省成本和材料霹链，所以在更多的與車身相關(guān)的焊接處理上，如擋板梨脖、面板厦绪、車門內(nèi)層、座椅和搖桿等屎螟，都越來越多地出現(xiàn)了用激光來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的焊接方式逛镶。在這些焊接中，所涉及的材料目前多為鋼材（無鍍層低碳鋼或10～20mm鍍鋅鋼）和鋁合金（如5000系列鋁鎂合金疗韵、6000系列鋁鎂硅合金或7000系列鋁鋅合金）兑障。需要注意的是，在鍍鋅鋼的焊接過程中伶棒，因?yàn)殇摰娜埸c(diǎn)（1 500℃）和鋅的熔點(diǎn)（800℃）相差很多，實(shí)際操作中容易產(chǎn)生多余的孔隙彩库，成為很多廠家的困惑肤无，而GSI專業(yè)應(yīng)用工程師經(jīng)過多次的研究和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)解決了這個困難。而對于鋁合金而言骇钦，因?yàn)殇X的高反射性能宛渐，也會有很多廠家在應(yīng)用中遇到多孔、斷裂等問題眯搭，同樣在這方面GSI也成功地通過添加填充物（特別是2000到6000系列的鋁合金）窥翩、雙光斑等技術(shù)克服了這些問題。

　　在汽車零部件方面鳞仙，激光焊接應(yīng)用領(lǐng)域就更廣泛了寇蚊，常見的有：ABS系統(tǒng)組件、安全氣囊組件展松、螺線管厕斩、電池和燃油噴嘴等，使用GSI具有超級調(diào)制功能的連續(xù)型激光器可以為這些產(chǎn)品的高性能焊接提供最適合的解決方案脂圾。超級調(diào)制可以瞬間成倍提高激光的輸出功率而達(dá)到一般激光器無法實(shí)現(xiàn)的熔深和焊接效果翠冻。GSI推出的JK125P型激光器專門用于高精確度的焊接和細(xì)微切割，適合多種不同的工業(yè)用途色矿。

　　激光切割

　　激光切割是除了焊接外激光的另一大類應(yīng)用纪闽，其主要的特點(diǎn)有：
　　1.非常細(xì)的切口寬度，筆直的切邊和漂亮的外觀决癞；
　　2.在切邊附近最小的熱影響區(qū)域從而實(shí)現(xiàn)最小的工件變形委勤；
　　3.在加速或減速時由于有對平均輸出功率的良好控制所以消除了多余的材料熔燒；
　　4.沒有機(jī)械變形榴廷；
　　5.相對于傳統(tǒng)的切割方式而言日病，沒有切割刀具的磨損帜浇；

　　目前在汽車加工領(lǐng)域，工程塑料秦辆、液壓成型管等都有很廣泛的激光切割使用项茸。

　　汽車氣囊組件的激光焊接解決方案

　　在這里向大家介紹一下GSI激光事業(yè)部在北美為一家汽車氣囊組件提供的激光焊接解決案例。
　　Oberg Industries（以下簡稱“Oberg”）是一家精密沖壓件制造商梦重，主要服務(wù)于汽車兑燥、醫(yī)療及航天航空等諸多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，以高精度成品部件（Finished Part）而聞名琴拧。一家汽車領(lǐng)域的客戶曾告知該公司降瞳，另一家制造商提供的某種氣囊組件的焊接有質(zhì)量問題。這家供應(yīng)商采用傳統(tǒng)的鎢極氬弧焊（TIG）焊接工藝蚓胸，很難確保提供必要的可靠性挣饥。

　　Oberg采用自己獨(dú)特的專業(yè)沖壓技術(shù)提高了組件的精確度與質(zhì)量，但客戶還希望提供配套的完整而可靠的焊接管沛膳。于是扔枫，Oberg開始考慮采用激光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)上述目的。在其位于賓夕法尼亞州匹茲堡附近的Sarver廠房中锹安，Oberg采用低功耗脈沖YAG激光器進(jìn)行了焊接試驗(yàn)短荐。Oberg的客戶對試驗(yàn)結(jié)果在視覺外觀和強(qiáng)度方面的表現(xiàn)感到非常滿意，但認(rèn)為整個工藝過程還是太慢叹哭。

　　鑒于此忍宋，Oberg請GSI激光事業(yè)部幫忙，看他們能否通過其應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室分析提高速度的方法恒欣。就自身的要求而言移良，Oberg需要一種不僅能支持50mm/s的焊接速度，而且還能滿足最終客戶強(qiáng)度要求的激光源髓界。

　　焊接管是一根厚度約為1.2mm的1008帶孔碳鋼碎片過濾管（debris screen tube）填级。焊接前，先在平板上打孔蔓捡，然后再讓平板形成間隙約1.5mm的管怜人，這樣便于進(jìn)行接縫對齊與定位。這一工藝的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是確保表面和底部外形良好擦灸，而且即使有超大球狀物強(qiáng)行通過過濾管癌羞，也不會影響焊接。制造過程中階段性進(jìn)行檢測剂撑。

　　位于密歇根州Novi市的GSI應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的最初任務(wù)是測定原型部件的精確的激光源以及合適的焊接技術(shù)豌富。與Oberg進(jìn)行探討后發(fā)現(xiàn)，盡管1kW連續(xù)Nd : YAG激光器能輕松實(shí)現(xiàn)50mm/s的焊接速率，但是這樣該項(xiàng)目就毫無經(jīng)濟(jì)性可言铅乡。從預(yù)算的角度來說继谚，500W激光器更適用。原型部件于2006年7月焊接成功阵幸，其采用的是支持連續(xù)波（CW）與Super ModulatedTM 兩種輸出的JK501SM Nd : YAG激光器花履。原型部件焊接試驗(yàn)時，以不帶孔的實(shí)管部件為對象挚赊。為達(dá)到不同的熔透以及檢測其強(qiáng)度诡壁，分別采用了不同的焊接速度和參數(shù)。

　　Super ModulatedTM  輸出以正弦波和方波波形可提供更高的激光峰值功率荠割，最大可達(dá)額定激光功率的2倍妹卿，同時還能實(shí)現(xiàn)激光全額定平均功率。這樣蔑鹦，焊接速度就提高了40%夺克，而消耗的熱量則比僅采用CW輸出降低了很多。

　　此外嚎朽，Super ModulationTM 還能大幅減少焊接過程中焊接熔池上方煙塵所散射的激光能铺纽。CW 輸出在焊接開始幾毫秒后會在焊接處一直產(chǎn)生大量的煙塵，煙塵為顆粒狀火鼻，會發(fā)生散射旱醉，從而導(dǎo)致光束偏離焦點(diǎn)邀耽，產(chǎn)生較大焊縫熔寬并降低熔透穗蚌。

　　當(dāng)采用周期性峰值正弦波或方波波形時，超級調(diào)制激光器的激光能可在煙塵量達(dá)到一定散射影響之前幾毫秒內(nèi)發(fā)出平葡。在調(diào)制低能量循環(huán)階段崭守，煙塵量會快速降到接近零，而后激光源再通過 Super ModulatedTM 輸出開始下一工作循環(huán)宗而。不管激光功率大小或光束質(zhì)量如何浙辫，都會產(chǎn)生該效果。CW攻躏、正弦波及方形波調(diào)制的截面圖清晰顯示了熔透的改善情況郊檐。

　　為此，Oberg選擇了最平穩(wěn)的500W CW焊接法跃唧，焊接速度為50mm/s茴怀，熔透達(dá)100%，采用100mm的調(diào)焦鏡頭令怎，焦點(diǎn)直徑為300mm找筝。將這些初始部件放入簡單的虎鉗中，夾到縫隙密閉慷吊，保護(hù)性氬氣體通過側(cè)噴嘴排出袖裕。

　　2006年間曹抬，隨著部件設(shè)計的進(jìn)展與制造工具的推出，Oberg又進(jìn)行了更多焊接測試急鳄。在所有情況下谤民，部件都手動放入固定裝置中，再用虎鉗將其夾到縫隙密閉攒岛，激光工藝過程非常一致赖临。

　　激光系統(tǒng)抵達(dá)Oberg開始進(jìn)行激光焊接后，在原型焊接轉(zhuǎn)型為自動化制造焊接過程中出現(xiàn)了一些問題灾锯。對接焊縫的縫隙由于部件位置與彈力問題出現(xiàn)了某些不一致性兢榨。制造固定情況下的保護(hù)氣體排放設(shè)計未經(jīng)過檢測，此外焊接部件也沒有通過客戶的機(jī)械測試顺饮。為了實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)暮附訌?qiáng)度吵聪，焊接速度降至23mm/s。

　　GSI應(yīng)用工程設(shè)計中心對焊接結(jié)果進(jìn)行了檢查沿阁，并派工程師與Oberg相關(guān)人員一道解決了工藝問題嫌盲。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，某些固定部件中存在縫隙铆贞，而且焊接位置的差異導(dǎo)致焊縫與中央定位不佳的激光焊接中能量損耗赐赁。提高調(diào)焦鏡頭的焦距可擴(kuò)大焦點(diǎn)尺寸，從而可避免相關(guān)縫隙問題伶摩。

　　為將焊接速度提升至50mm/s并確保系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性雕踊，激光參數(shù)改為方波Super ModulationTM。這就加快了焊接速度昂幕，而且能滿足焦點(diǎn)尺寸擴(kuò)大20%的要求挺候。

　　最后，為了實(shí)現(xiàn)足夠的焊接強(qiáng)度與韌度庶化，必須優(yōu)化焊接固定設(shè)備給的保護(hù)性氬氣體排放即钞，確保工藝過程中與冷卻過程中焊料中的含氧量極低。

　　最后為實(shí)現(xiàn)50mm/s的焊接速度迹姆，可采用方波超級調(diào)制技術(shù)部爱，頻率為300Hz，峰值功率為900W岭埠，焦點(diǎn)尺寸為360mm盏混，并排出保護(hù)性氬氣。使用平均功率為500W的Super ModulationTM 技術(shù)使系統(tǒng)可彌補(bǔ)項(xiàng)目原型開發(fā)階段難以預(yù)計的縫隙差異問題枫攀，同時還能通過低成本括饶、功耗適中的YAG激光技術(shù)同步設(shè)計部件與工藝。

　　成功實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計后，Oberg的焊接部件達(dá)到了所需強(qiáng)度图焰，而功耗則比預(yù)估的還低启盛。通過使用具有超級調(diào)制功能的500W持續(xù)波形激光器，Oberg不僅以低成本實(shí)現(xiàn)了必需的速度要求技羔，而且還能確保制造工藝中的焊接速度與質(zhì)量僵闯，解決所有工藝容限問題。通過采用該系統(tǒng)藤滥，估計Oberg可節(jié)約約10萬美元的機(jī)械成本鳖粟。

　　Oberg對上述結(jié)果非常滿意，這不僅有助于贏得新的商機(jī)拙绊，而且還能使它為新老客戶推出全新的制造工藝向图。

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