在中國，汽車產(chǎn)業(yè)注定是一個(gè)朝陽產(chǎn)業(yè)览芳，提高汽車制造能力的裝備就顯得猶為重要斜姥。車身制造中所采用的激光掃描焊效率高于點(diǎn)焊和激光焊，通過可控編程和示教用線性激光的輔助沧竟，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接铸敏。文章介紹了激光掃描焊原理，并示例轎車采用的激光掃描焊過程悟泵。（注：掃描焊杈笔、遠(yuǎn)程焊和飛行焊接指的是同一種激光焊接方法。）

1 汽車行業(yè)的發(fā)展及激光應(yīng)用

我國汽車市場(chǎng)將保持快于全球市場(chǎng)的增速糕非，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界首位蒙具。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，我國將從汽車大國轉(zhuǎn)變?yōu)槠噺?qiáng)國进登。

激光技術(shù)勒蜀，是本世紀(jì)最重大的發(fā)明之一，激光在剛誕生不久就被人稱為“解決問題的工具”另碍，激光技術(shù)在工業(yè)制造領(lǐng)域具備巨大的市場(chǎng)潛力鉴凸。

在“柔性制造”方式被大力推廣的今天，汽車工業(yè)領(lǐng)域面臨著一次變革垮软。汽車零部件產(chǎn)業(yè)正由大批量生產(chǎn)到小批量驴涡、多樣化的生產(chǎn)方式過度，以市場(chǎng)為導(dǎo)向的制造方式逐步普及伊屈，“Production Line”正被“Production Station”所取代觅符，激光的空間控制性和時(shí)間控制性很好，能夠迅速適應(yīng)多種材料濒勤、多種形狀和尺寸深吠，特別適用于柔性加工，因此激光將在這一變革中發(fā)揮重大作用屎唠。

2 激光遠(yuǎn)程焊接的特點(diǎn)

大眾汽車走在激光遠(yuǎn)程焊技術(shù)應(yīng)用的前列桑孩。就在帕薩特汽車后窗臺(tái)板成功運(yùn)用激光遠(yuǎn)程焊之后，激光掃描焊工藝及其系統(tǒng)在2005年被廣泛應(yīng)用于大眾汽車公司的系列產(chǎn)品中框冀。從2007年初開始流椒，后續(xù)的奧迪A4利用激光掃描焊，每天可生產(chǎn)1800扇車門明也。同時(shí)宣虾，通過優(yōu)化內(nèi)部通訊，大眾汽車實(shí)現(xiàn)了激光掃描焊系統(tǒng)的光束共享和分化温数，從而有效提高了激光的利用率绣硝。

1）可實(shí)現(xiàn)長焦距蜻势、大范圍焊接。

實(shí)現(xiàn)500mm以上的激光焊鹉胖，這是常規(guī)激光焊無法實(shí)現(xiàn)的握玛。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜而又無法接近的加工件來說，激光遠(yuǎn)程焊給出了完美的答案——相比于燈泵浦激光器25mm.mrad的光束質(zhì)量甫菠，激光遠(yuǎn)程焊的碟片激光器可達(dá)到8mm.mrad挠铲；激光遠(yuǎn)程焊接可避免焊接過程中飛濺、煙塵對(duì)激光頭的損傷淑蔚，有助于延長使用壽命檐射，從而降低使用成本；

2）激光遠(yuǎn)程焊速度快崔捌。

在原機(jī)器手臂的移動(dòng)速度下洪防，還可利用激光頭內(nèi)部振鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)發(fā)射光束的高速加工。常規(guī)點(diǎn)焊2s才能實(shí)現(xiàn)一個(gè)焊點(diǎn)連接榄陆，而使用激光遠(yuǎn)程焊沛摩，1s就可實(shí)現(xiàn)3~4個(gè)焊點(diǎn)連接。

BMW公司在轎車某個(gè)部件上比較三種焊接方法所耗時(shí)間剧债，該工件需要焊接的部位達(dá)20多個(gè)（見圖1）帽遏，統(tǒng)計(jì)時(shí)間如表1所示。

圖1 BMW轎車某工件焊點(diǎn)分布圖

表1 BMW統(tǒng)計(jì)的三種焊接方法時(shí)間

國內(nèi)首套激光三維遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)由華工科技旗下華工法利萊與德國激光裝備知名企業(yè)共同開發(fā)完成（如圖2所示）昏锨。該系統(tǒng)已應(yīng)用于一汽大眾某高端車型的制造中祷鼎。這套焊接系統(tǒng)，最快焊接速度可達(dá)50m/min度坞，完成車身門檻上70條焊縫的焊接時(shí)間僅需25秒映僚。

圖2 華工法利萊激光掃描焊系統(tǒng)

3）利用軟件編程焊縫軌跡，可實(shí)現(xiàn)焊接形狀的多樣性点骑。

如C形酣难，○形，直線型等（見圖3）黑滴。眾多汽車廠已經(jīng)驗(yàn)證憨募，C形結(jié)構(gòu)無論在加工時(shí)間還是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上都優(yōu)于傳統(tǒng)點(diǎn)焊的圓形焊點(diǎn)，同時(shí)激光遠(yuǎn)程焊還可利用此特點(diǎn)在工件表面標(biāo)識(shí)8個(gè)字符的ID袁辈，以便記錄和追蹤菜谣。

圖3 激光掃描焊接系統(tǒng)軌跡

4）相對(duì)于點(diǎn)焊，激光遠(yuǎn)程焊熱輸入小吵瞻、焊接變形小葛菇。

對(duì)于超過1000Mpa的高強(qiáng)鋼，強(qiáng)度越高橡羞，對(duì)熱輸入量越敏感眯停，激光遠(yuǎn)程焊比點(diǎn)焊和MIG焊的熱輸入小，是焊接高強(qiáng)鋼的首選卿泽。

3 激光遠(yuǎn)程焊應(yīng)用于汽車

由于傳統(tǒng)激光焊接系統(tǒng)在焊接位置之間移動(dòng)的速度相對(duì)較低莺债，在實(shí)際生產(chǎn)中很難達(dá)到大批量生產(chǎn)要求，這一缺點(diǎn)在焊點(diǎn)分布多的復(fù)雜三維零件上（如車門）顯得尤為突出挨究。

高光束質(zhì)量高功率新型盤形激光器和光纖激光器的應(yīng)用推廣讼石，為激光遠(yuǎn)程焊接技術(shù)的實(shí)現(xiàn)奠定了硬件基礎(chǔ)，如今遠(yuǎn)程激光焊接正在成為替代傳統(tǒng)汽車白車身電阻點(diǎn)焊的一種手段韵慷。

3.1 激光遠(yuǎn)程焊的原理介紹

掃描焊回乞、遠(yuǎn)程焊和飛行焊接指的是同一種激光焊接方法，激光掃描頭可以從500mm以外的位置進(jìn)行激光焊接蜀契，通過內(nèi)部振鏡（圖1中1夹恨、2）的運(yùn)動(dòng)，在不移動(dòng)激光頭的情況下敏卦，可以進(jìn)行類似光掃描的焊接闰芒，此種焊接方式速度快，移動(dòng)位置精準(zhǔn)度高米鹏，通常使用機(jī)器人來控制激光掃描頭的移動(dòng)軌跡墓运，結(jié)合掃描頭本身的高速焊接及外在空間上的凌空感，人們又將它取名為“飛行焊接”栗哥。此種焊接方式在每個(gè)光場(chǎng)面內(nèi)移動(dòng)速度快鞍歌，僅在兩個(gè)光場(chǎng)間需要時(shí)間來調(diào)整振鏡角度，以準(zhǔn)備下一個(gè)光場(chǎng)面的焊接跪腹，因此激光掃描焊對(duì)于多點(diǎn)位置的短距離焊接有固有的優(yōu)越性褂删。

圖4 激光掃描焊光路圖

3.2 激光遠(yuǎn)程焊的接頭形式

激光遠(yuǎn)程焊的主要接頭形式有搭接、不等厚搭接尺迂、對(duì)接三種笤妙，如圖5所示。相對(duì)于傳統(tǒng)點(diǎn)焊噪裕，激光掃描焊的接頭形式需重新設(shè)計(jì)蹲盘，見圖6所示。

圖5 激光遠(yuǎn)程焊的接頭型式

圖6 激光掃描焊接頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3 激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)

激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)的組成如圖7所示（其主要特性見表2）膳音，與傳統(tǒng)的激光焊接設(shè)備相比召衔，差異主要體現(xiàn)在激光頭上。激光遠(yuǎn)程焊焦距可達(dá)212mm祭陷，工作區(qū)域可達(dá)100X100X40mm（Z向40mm）苍凛，在x/y向的定位時(shí)間小于0.01s，在Z向的定位時(shí)間小于0.1s兵志。通過可編程系統(tǒng)（圖8）及示教用線性激光（圖9）的輔助醇蝴，可實(shí)現(xiàn)激光掃描焊的軌跡模擬和優(yōu)化宣肚。

圖7 激光掃描焊接系統(tǒng)（帶氣刀）

表2 激光掃描焊系統(tǒng)特性

圖8 掃描焊可編程聚焦控制系統(tǒng)

圖9 示教用線性激光

3.4 激光掃描焊應(yīng)用于汽車的過程

掃描焊應(yīng)用于汽車，主要包括座椅（框架推吼、滑道好阎、面板）、白車身（車門贮殊、懸掛件环胸、邊墻、柱子夫咏、后窗臺(tái)板）进裹、內(nèi)飾等。圖10所示為汽車車門焊接勿见，邊框采用短直線形焊縫锥萧，內(nèi)部結(jié)構(gòu)件采用C形焊縫。

圖10 激光遠(yuǎn)程焊接門板（采用C形和直線型）

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