隨著汽車向低碳化、多元化、智能化的方向發(fā)展，汽車輕量化已是大勢所趨。激光焊接技術(shù)作為一種重要的加工技術(shù)，將大力推動汽車輕量化制造的進(jìn)程。采用激光焊接技術(shù)，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(zhì)。國內(nèi)激光技術(shù)快速發(fā)展，激光技術(shù)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(dá)5∶1）、焊接變形小、自動化程度高、可進(jìn)行非接觸遠(yuǎn)距離焊接的特點，在汽車零部件制造領(lǐng)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(tǒng)等汽車零部件輕量化制造上獲得廣泛應(yīng)用。

1．汽車輕量化與激光焊接

新材料、設(shè)計優(yōu)化、先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用不斷推進(jìn)汽車輕量化的發(fā)展。激光焊接技術(shù)在汽車輕量化發(fā)展與實現(xiàn)過程中起著重要作用。其中激光遠(yuǎn)程焊接技術(shù)、激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)、激光拼焊技術(shù)、激光填絲焊與激光釬焊等激光焊接技術(shù)在汽車動力組成、底盤、車身、汽車電子系統(tǒng)等制造領(lǐng)域應(yīng)用可快速提升產(chǎn)品質(zhì)量，實現(xiàn)汽車輕量化制造的目標(biāo)。例如，在不影響性能的前提下，實心剎車凸輪軸的輕量化設(shè)計發(fā)展方向為空心剎車凸輪軸，技術(shù)難點是凸輪軸的材料40Cr?和45#鋼等中碳鋼焊接性差，易形成焊接裂紋等質(zhì)量缺陷。而激光-感應(yīng)復(fù)合焊接技術(shù)對易淬硬材料剎車凸輪總成輕量化焊接技術(shù)具備可行性。激光焊接技術(shù)在汽車零部件輕量化制造中的應(yīng)用如下。

（1）汽車動力總成與底盤模塊。變速箱雙聯(lián)齒輪、歧管、排氣管、消聲器、濾清器、濾油器、空調(diào)帶輪和液壓挺桿、半軸、傳動軸、離合器、剎車系統(tǒng)﹑散熱器、渦輪增壓器、電池蓋板、轉(zhuǎn)向軸﹑減振筒﹑減振支架等主要零部件適合激光連續(xù)焊接工藝。

（2）汽車白車身。汽車座椅調(diào)節(jié)器、車頂、車門、后備箱、車頂與側(cè)圍激光釬焊、底板焊接、不同板厚的拼焊、門把手﹑車燈罩等零部件適用激光飛行焊、激光填絲焊、激光連續(xù)焊、激光復(fù)合焊等激光焊接技術(shù)。

（3）汽車電子系統(tǒng)。汽車倒車?yán)走_(dá)、壓力與溫度傳感器、繼電器、電子線束焊接、儀表盤等零部件適用激光脈沖焊、激光連續(xù)焊、烙鐵焊與自動化集成等激光焊接技術(shù)。

2．激光焊接原理與技術(shù)

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(qū)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(xù)激光焊接兩種焊接方式。脈沖激光焊接根據(jù)焊接原理又分為熱傳導(dǎo)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(xù)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(zhì)量要求高，焊縫易出現(xiàn)疏松及氣孔等質(zhì)量缺陷。激光焊接技術(shù)總結(jié)見表1。

表1?激光焊接技術(shù)特點

2.2?汽車零部件制造常用的激光焊接技術(shù)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(kuò)大激光焊接范圍，提高焊縫成形質(zhì)量，控制焊縫區(qū)域組織性能。

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

（4）激光-電弧復(fù)合焊接：激光+電弧。工藝特點：高適應(yīng)性、大熔深、高強度、變形小、焊縫質(zhì)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．激光焊接技術(shù)在汽車制造中的典型應(yīng)用

3.1?激光遠(yuǎn)程焊接技術(shù)

激光技術(shù)輔助遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)實現(xiàn)激光遠(yuǎn)程焊接。激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)主要由激光掃描振鏡與機器人或其他機械運動機構(gòu)構(gòu)成，激光遠(yuǎn)程焊接與激光掃描振鏡原理見圖1。當(dāng)前在汽車座椅調(diào)角器、白車身、內(nèi)飾等汽車零部件制造中逐步開始采用遠(yuǎn)程激光掃描焊接，以提高焊接質(zhì)量和焊接效率。

圖1?機器人激光遠(yuǎn)程焊接與激光掃描振鏡原理

3.2?激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)

激光-電弧復(fù)合焊接技術(shù)是將激光熱源和作為第二熱源的電弧復(fù)合起來作用在同一熔池上的焊接技術(shù)，如圖3所示。激光電弧復(fù)合焊結(jié)合了激光和電弧的優(yōu)勢，既具備一般電弧焊的高適應(yīng)性，又具備激光焊接的大熔深、高速、低變形的特點。激光電弧復(fù)合焊中電弧類型主要有TIG電弧、等離子弧和GMA電?。ㄈ刍瘶O氣體保護(hù)焊，包括MIG焊和MAG焊）。

與傳統(tǒng)弧焊相比，激光復(fù)合焊接速度和穩(wěn)定性高，焊接速度是傳統(tǒng)弧焊焊接速度的2～4倍，熱輸入更小，工件變形小，對于搭接角焊縫，搭橋能力更強，可適應(yīng)2mm?間隙焊縫。焊接強度更高，高強鋼焊接，熱影響區(qū)小，軟化區(qū)間小。激光-電弧復(fù)合焊適用于汽車車身總成等大型結(jié)構(gòu)件的焊接。

圖2?激光MIG復(fù)合焊接原理

3.3?激光焊接技術(shù)在鋁合金焊接上的應(yīng)用

鋁合金材料是汽車輕量化制造廣泛應(yīng)用的材料之一和有效途徑，鋁合金材料可以有效降低汽車整車重量，減低能耗，真正實現(xiàn)汽車輕量化。相比于傳統(tǒng)的鋁合金鎢級氬弧焊和熔化極氬弧焊接工藝，激光焊接技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢。當(dāng)前比較先進(jìn)的鋁合金激光焊接技術(shù)有鋁合金激光-電弧復(fù)合焊接、鋁合金的雙光束激光焊接、鋁合金激光填絲焊等激光焊接技術(shù)。為改善鋁合金焊接質(zhì)量和產(chǎn)品一致性，鋁合金激光焊接一般輔助光束擺動功能，用以抑制焊接氣孔的形成和實現(xiàn)焊縫的跟蹤。比較成熟的鋁合金焊接技術(shù)，如6系鋁合金激光焊接為避免焊接裂紋采用激光填絲焊接技術(shù)，5系鋁合金激光焊接采用無填絲激光熔焊時需要間隙搭橋技術(shù)。

圖3?鋁合金門板機器人激光焊接

3.4?激光拼焊技術(shù)

激光拼焊技術(shù)可將不同厚度、強度、材料鋼板拼焊接成能進(jìn)行沖壓的板材，拼焊后直接沖壓，節(jié)省材料。采用激光雙拼件、三拼件、曲線拼焊（不等厚或等厚），可減少零件數(shù)量，減輕車身重量，保證車身強度，提升材料利用率，降低原材料成本。據(jù)統(tǒng)計，約20種汽車零部件沖壓前適合激光拼合。

3.5?激光填絲焊與激光釬焊

（1）激光填絲焊（圖4）。在焊縫中預(yù)先填入特定的焊接材料后，用激光照射熔化或在激光照射的同時填入焊接材料以形成焊接接頭的方法，廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)向柱、輪轂、雙質(zhì)量飛輪、油泵、活、座椅調(diào)角器、濕式離合器、變速齒輪、座椅滑軌等多種汽車零部件的焊接制造。激光填絲焊接能夠提高焊接間隙容忍度，解決對接焊接面凹陷，改善焊接接頭的組織和性能，增強焊接厚板和異種金屬的能力，大大提升激光焊接技術(shù)的應(yīng)用空間、質(zhì)量與效率。

圖4?激光填絲焊接原理

（2）激光釬焊。激光器發(fā)出的激光束聚焦在焊絲表面上加熱，使焊絲受熱熔化（母材未熔化）潤濕母材，填充接頭間隙，與母材結(jié)合，形成焊縫，實現(xiàn)良好的連接。主要應(yīng)用于車身頂蓋、側(cè)圍、汽車尾箱等零件的拼焊。雖然焊接強度不如激光自熔焊，但激光釬焊技術(shù)可簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少工位流程，密封性較好。

4．結(jié)論

激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用體現(xiàn)出其強大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。在可預(yù)見的未來以及新能源汽車市場的推動下，激光焊接技術(shù)一定會在汽車制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，助力國內(nèi)汽車輕量化制造技術(shù)進(jìn)步與發(fā)展。