激光焊接技术在汽车制造中的应用讲解
激光焊接技术在汽车制造中的应用
1、引言
激光焊接从上世纪60 年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零件
或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近40 年
的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，
越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领
域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。虽然与传统的焊接方法相比，激光
焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适
于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已
经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造
商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。这也是激光焊接能够吸
引国内外越来越多的科技人员从事研究和技术开发的原因。本文综述了近年来国内
外激光焊接技术领域研究和应用的一些进展，并介绍了激光焊接在汽车零件和车身
制造领域的典型应用。
2、激光焊接技术的进展
2.1 激光器技术
在汽车制造和其它工业生产中广泛应用的大功率激光器主要包括两类，CO2
激光器和Nd:YAG 激光器，而大功率半导体激光器在焊接领域的研究还处于起步
阶段。
(1 CO2激光器
用于大熔深激光焊接的CO2激光器一般以连续方式工作，主要包括快轴流和
Slab 型两种类型。同快轴流激光器相比，Slab型激光器具有结构紧凑、气体消耗
量少、维护成本低的特点。目前世界上CO2激光器最大输出功率为45kW，工业
生产中应用的激光器输出功率范围约在700W 至12kW 之间。
我国目前可以自主生产的快轴流激光器最大输出功率为3kW。
(2 Nd:YAG 激光器
Nd:YAG激光可以通过光纤传输，在柔性制造系统或远程加工场合更具有适应性。目前国外Nd：YAG激光器的最大输出功率达10kW，而包括汽车在内的工业
生产中应用较多的则是3kW 和4kW 的Nd:YAG激光器。最近几年，半导体泵浦
的Nd:YAG激光器制造技术有了飞速发展，最大输出功率已经达到和氙灯泵浦的
Nd:YAG 激光器同样级别。例如，Trumpf 公司生产的氙灯泵浦Nd:YAG 激光器的输出功率最大为5500W，而半导体泵浦的Nd:YAG 激光器最大输出功率已达到
6000W。
我国在大功率Nd:YAG 激光器技术方面还相当落后，目前还不能自主生产千
瓦级Nd:YAG 激光器。
(3 半导体激光器
半导体激光器具有波长短、重量轻、转换效率高、运行成本低、寿命长的特
点，是未来激光器发展的重要方向之一。国外学者已经开始了利用大功率半导体激
光器进行铝合金焊接的研究工作，可以获得2mm 的焊接熔深。但半导体激光器面
临的最大问题是光束模式差，光斑大，因此功率密度较低，这是半导体激光器今后
用于工业生产必须解决的问题。
2.2 激光焊接过程监测与质量控制
激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容，利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处
理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成
形质量监测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光
焊接过程。
图1 激光焊接过程检测原理示意图
(1 激光焊接过程监测
利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方
法，如图1 所示。根据检测信号的不同，激光焊接质量检测主要包括以下几种方
式：
1 光信号检测。检测对象为激光焊接过程中的等离子体（包括工件上方和小孔内部）光辐射和熔池光辐射等。从检测装置的安装来看，主要包括与激光束同轴的
直视检测、侧面检测和背面检测。使用的传感器主要有光电二极管、光电池、
CCD 和高速摄像机，以及光谱分析仪等。
2 声音信号检测。检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。
3 等离子体电荷信号。检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。
利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过
程监测与控制的重要方法之一。国内外研究工作表明，利用光电传感器可以自动检
测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间
隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化，不仅可以诊断出诸如咬
边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷，而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质
量，例如，气孔倾向的严重程度。
采用激光视觉传感器可以实时观察焊缝的成形质量，迅速及时诊断高速焊接中
容易出现的咬边和气孔缺陷，同时可以在线测量焊缝的宽度变化。采用这种在线检
测方法替代手动检查，大大减少了返修率，提高了生产效率，降低了成本。例如，
在Nd:YAG 焊接系统中，采用Ar+激光作为辅助光源照亮焊接区，在CCD 前安装
只允许Ar+激光通过的滤波片，就可以获得非常清晰的焊接熔池图象。这项技术在
日本汽车制造领域已得到相当应用。
(2 激光焊接过程控制
激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。在激光焊接时，光
束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一。在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处
于最佳焦点位置范围时，才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。偏离这个范
围，熔深则下降，甚至破坏稳定的深熔焊过程，变为模式不稳定焊接或热导焊。但
实际激光焊接时，存在多种因素影响焦点位置的稳定性，包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴－工件距离变化，激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起
焦点位置的变化，以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。如何迅
速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围，一直是激光焊接迫切要求解决而又
难度很大的课题。
图2是清华大学研制的CO2激光焊接焦点位置的双闭环控制系统示意图。整
个系统包括数控激光焊接机床(CNC、特殊设计的激光焊炬以及检测控制系统。焊
接喷嘴－工件距离可以通过上下调节焊炬位置实现，而聚焦透镜位置则由电机驱动
在焊炬内独立上下运动，实现焦点位置的调节。检测系统由电荷传感器(pcs喷嘴和装在喷嘴侧面的光学传感器(ps 传感器组成。焊接过程中，根据检测到的PCS 信号
变化，系统可以自动调节喷嘴至工件表面距离，保证在焊接过程中保持喷嘴－工件
距离恒定；同时根据PS 信号调整聚焦透镜的位置，用于补偿因热透镜效应引起的
焦点位置波动，使焦点位置始终处在最佳焦点位置范围。
图2 激光焊接焦点位置双闭环控制系统组成
图3显示的是这种质量检测与闭环控制的实验结果。双闭环控制实验在
450mm 长的弯板上进行，包括了上坡焊、平焊和下坡焊三种情况。图中焊缝A 为只采用PCS 信号单独控制焊接喷嘴－工件距离的实验结果，可以看出虽然喷嘴受
控随工件斜率升降能保持喷嘴-工件距离不变，但由于热透镜效应的影响，焊接过
程中焦点位置逐渐偏离最佳焦点位置，由稳定的深熔焊变为模式不稳定焊和热导
焊。而焊缝B 则采用了双闭环控制，既控制了喷嘴-工件距离，又能自动调节透镜
的高度，对焦点位置进行全闭环控制，补偿了包括热透镜效应在内的各种
因素的的影响，所以焊接过程中能始终保证熔深和熔宽均匀。
图3 焦点位置双闭环控制激光焊接样品
2.3 新型激光焊接工艺与方法
(1 双/多光束焊接
双/多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好
的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来，随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减
小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排
列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产
生几率。
(2 激光－电弧复合焊
激光－电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于
随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激
光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊
接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的
成分和组织控制困难。而激光－电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变
形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方
法。其特点在于：
?
? 可降低工件装配要求，间隙适应性好。有利于减小气孔倾向。
? 可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利
于降低成本。
? 电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时
激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高。
? 利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料或
异种材料有重要意义。
激光与电弧复合焊的方法包括两种，即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光-
电弧复合焊方法实现较为简单，但最大缺点是热源为非对称性，焊接质量受焊接方向影响很大，难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成
一种同轴对称的复合热源，大大提高焊接过程稳定性，并可方便地实现二维和三维
焊接。目前，对旁轴复合焊的研究较多，而同轴复合焊的还处于研究阶段。在复合
焊的应用方面，许多汽车制造商正将其用于新型汽车的制造。例如，在进行汽车车身拼焊时，利用3kW Nd:YAG激光焊接1.2mm 和0.7mm 厚的拼板时焊接速度最高
为4.0m/min，采用复合焊后最大速度可达
7.4m/min，而允许的对接坡口间隙从原来的0.05mm 提高到0.15mm。国内近年来也开始了激光－电弧复合焊的初步研究。
3、激光焊接在汽车制造中的典型应用
汽车制造领域是当前工业生产中最大规模使用激光焊接技术的行业，从汽车零
部件生产到车身制造，激光焊接已经成为汽车制造生
产中的最主要焊接方法之一。总体上讲，激光焊接在汽车制造中的应用主要包括三个方面。
3.1 汽车零部件的激光焊接
激光焊接在汽车制造中的应用始于变速箱的齿轮焊接，由于采用了激光焊接，
焊接后的齿轮几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理，而且焊接速度大大提高，因
此很快得到了应用。国外到目前为止，激光焊接已经在汽车零部件生产中得到非常
广泛的应用，包括尾气排放系统（歧管、排气管、消声器等）、变速箱双联齿轮、
激光焊接技术在汽车制造中的应用与发展
维普资讯 第十Ｉ＝届北京・埃森嫣骆｝与切 晨 会专辑
和光束质量。从这两方向考虑，ＣＯ，激光器比ＹＡＧ激
光器具有很大优势，是目前深熔焊接主要采用的激光
器，生产上应用大多数还处在６—１５ｋＷ范围。ＹＡＧ激 光器一般功率小于ｌｋＷ，用于薄小零件的微连接。近年
来，国外在研制和生产大功率ＹＡＧ激光器方面取得了
突破性的进展，最大功率已达５ｋＷ，并已投人市场。由
于其波长短，仅为ＣＯ２激光的１／１０，有利于金属表面
吸收，可以用光纤传输，简化光导系统。因此，大功率 ＹＡＧ激光焊接技术在今后一段时间内将获得迅速发展，
成为ＣＯ 激光焊接强有力的竞争对手。
２．光导和聚焦系统
光导聚焦系统由圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤
以及聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态及方向，传
输光束和聚焦的功能。这些光学零件的状况对激光焊接 质量有极其重要的影响。在大功率激光作用下，光学部
件尤其是透镜性能会劣化使透过率下降，产生热透镜效
应，表面污染也会增加传输损耗。所以光学部件的质
量、维护和工作状态监测对保证焊接质量至关重要。
３．焊接机器人
由于激光一ＭＩＧ复合焊接技术对焊接接头的装配精
度要求较低，所以可以不必采用激光钎焊机器人的设计
方式，既区别于常规的绞臂式焊接机器人，也无需设计 焊缝自动跟踪矫正系统以及激光在线检测系统，这样可 以大大降低工装设备的成本投资，降低工装设计的复杂
程度。 三、激光焊接方法的特点
激光焊接方法具有如下特点：
（１）能量密度高、适合于高速焊接。
（２）焊接时间短、材料本身的热变形及热影响区 小，尤其适合高熔点、高硬度加工。
（３）无电极、工具等的磨损消耗。
（４）对环境无污染。 （５）可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的 部位、多路同时或分时焊接。 （６）很容易改变激光输出焦距及焊点位置。
（７）很容易搭载到机器人装置上。
激光复合焊接技术具有显著的优点。对于激光复合
激光-MIG复合焊接技术在车身制造过程中的应用
．Ａ Ｔ＆Ｍ论坛 激光．ＭＩＧ复合焊接技术在车身制造过程中的应用 以铝合金车身结构焊接为例介绍了激光。ＭＩＧ复合焊接技术的原理及特 点。将激光焊与电弧焊两种焊接技术有机地结合起来，可以获得具有优良综合 性能的焊接接头，不仅可以改善焊接质量和生产工艺性，同时可以提高焊接效 率。 激光及激光钎焊技术在生产中 有着一定程度的应用，ＭｌＧ钎焊焊 接技术在生产中也有着更为广泛的 应用。激光－ＭＩＧ复合焊接技术将 激光焊接技术与ＭＩＧ钎焊焊接技术 有机地结合为一体，克服了各自的 缺点．具有较好的焊接工艺性．并 可以获得优质的焊接接头．是一种 有着较大潜力的焊接新方法，具有 广泛的发展前景。 鉴于目前国内激光．ＭＩＧ复合 焊接技术的应用程度较低，相关的 研究及报道较少，故对该项焊接新 技术的原理及工艺特点加以分析介 绍。 激光一ＭＩＧ复合焊接技术原 理与特点 １．激光一ＭＩＧ复合焊接技术原理 （１）激光焊原理 激光焊采用激光作为焊接热 源，机器人作为运动系统。激光热 源的特殊优势在于．它有着超乎寻 常的加热能力，能把大量的能量集 中在很小的作用点上．所以具有能 量密度高、加热集中．焊接速度 快．焊接变形小等特点．可实现薄 板的快速连接。 当激光光斑上的功率密度足够 大时（大于１０。Ｗ／ｃｍ ），金属在 激光的照射下迅速加热，其表面温 度在极短的时间内升高至沸点，金 属发生气化。金属蒸气以一定的速 度离开金属熔池的表面．产生一个 附加应力反作用于溶化的金属．使 其向下凹陷，在激光斑下产生一个 小凹坑。随着加热过程的进行．激 光可以直接射入坑底，形成一个细 长的“小孔”。当金属蒸气的反；中压 力与液态金属的表面张力和重力平 衡后，小孔不再继续深入。光斑功 率密度很大时．所产生的小孔将不 再继续深入且贯穿于整个板厚，形 成深穿透焊缝。小孔随着光束相对 于工件而沿着焊接方向前进。金属 在小孔前方熔化，绕过小孔流向后 方，重新凝固形成焊缝。 （２）ＭＩＧ焊原理 ＭＩＧ焊是通过电弧热作为热源， 熔化填充的焊丝金属，把母材连接 到一起。ＭＩＧ焊具有电弧功率大、 热量集中．焊接速度快、热影响区 小、生产效率相对较高．因此可以 焊接较厚的焊缝。采用氩气保护的 ＭＩＧ焊具有更好的电弧稳定性，且可 以获得更好的焊缝表面质量及焊缝 ■一汽．大众汽车有限公司 韩立军 ■吉林大学朱俊洁 的熔宽比。 （３）激光．ＭＩＧ复合焊接技术原 理 Ｎｄ：ＹＡＧ激光器焊接金属时的 激光束强度可达１０。Ｗ／ｃｍ ，当激光 到达材料表面时，该点的温度迅速 升高到挥发温度，并形成挥发孔。 焊缝最明显的特征是具有很高的深 宽比。ＭＩＧ电弧燃烧的能量密度稍 高于１ ０ Ｗ／ｃｍ 。激光复合焊的基本 原理见图１。除了电弧向焊接区输入 能量外，激光也向焊缝金属输入热 量。激光复合焊技术并不是两种焊 接方法依次作用，而是两种焊接方 法同时作用于焊接区。激光和电弧 在不同程度和形式上影响复合焊接 的性能。 激光．ＭＩＧ复合焊接提高了熔深 和焊接速度。焊接过程中金属蒸气 挥发，并且反作用于等离子区。等 离子区对激光有轻微吸收．但可以 忽略不计。整个焊接过程的特性取 圈１激光．ＭＩＧ复合焊接原理 １８ Ｉ汽车工艺与材料ＡＴＳｄＶ￣
激光焊接技术在汽车工业中的应用
至圈激光焊接技术在汽车工业中的应用
激光焊接技术 在汽车工业中的应用 口中国第一汽车集团公司技术中心姚远 激光焊接技术及特点 １ ９６０年，人类历史上出现 了第一台激光器一一红宝石激 光器。从六十年代初这种激光 器在美国被首次成功用于拉丝 模金刚石打孔开始．人们对这 种技术可行且有重要经济价值 的激光加工方法就给予高度重 视，并致力干研制更为高效、 更加适用的激光器。大功率 ＣＯｗ，ｌｉＮｄ：ＹＡＧ激光器的出现 并成功实现商品化，为以快速 加热为基础的激光加工方法的 快速发展奠定了基础。 目前。激光加工方法已包 括：激光打孔、激光切割、激 光热处理、激光涂覆、激光重 熔处理、激光合金化，激光上 釉、激光打标、激光成型、激 光模型制造、激光珩磨 激光 配平、激光微加工以及激光焊 接等诸多技术 涉及产品加工 制造的各个领域。 激光焊接是近年来增长最 快，也是发展最为被看好的～ 工件收缩和变形很小．无需焊 搭接接头扩展到角接接头、车 项激光加工技术。按形成焊缝 后矫形； 身接头、端接接头、端一角接 的方式不同分为热传导型激光 （２）焊缝强度高，焊接速 头等。 焊接和激光深熔焊两种类型。 度快．焊缝窄且通常表面状态 千瓦连续ＣＯ ２激光器的问 好．免去焊后清理等工作： 激光焊接技术在国外汽车工 世，可使照在工件表面的激光 （３）焊接一致性、稳定性 业中的应用 功率密度达１ Ｏ６～１ ０７Ｗ／ｃｍ ， 好，～般不加填充金属和焊剂， 自从１ ９６５年有人开始尝试 实现了基于”小孔效应 的激 并能实现部分异种材料焊接． 将激光用于金属材料焊接中焊 光深熔焊，即激光焊接过程中， （４）光束易于控制，焊接 口的加热源以后，激光材料加 由于金属材料瞬时汽化，在激 定位精确，易于实现自动化； 工技术开始引起汽车工业一些 光束中心处形成４＇，７Ｌ（或称匙 （５）与其他焊接工艺方法比 制造者的注意，并逐渐被用于 孑Ｌ），通过４＇，７Ｌ激光束能量传 较，激光焊接的前期投资较大； 汽车零件的加工和制造。 入工件深部，且几乎全部得到 （６）被焊工件装配精度高． １ ９６９年，在美国通用汽车 吸收 激光深熔焊焊接速度快， 相对而言对光束操控的精确性 公司位于印第安那州科科莫市 焊缝深且窄，热影响区小．表 也有较高的要求。 的Ｄｅｌｃｏ电子技术部，安装了三 现出与传导型激光焊接及常规 台激光器用于电子元件的电阻 传导型焊接方法如：电弧焊、 激光焊接的产生及发展 调整。这标志着激光材料加工 氢弧焊等，有着许多不同的特 目前 从焊接方法分，除 技术首次应用于汽车工业。 点及优势．因此发展迅速，广 激光传导焊，激光深熔焊、激 １ ９８５年，经过与电子束焊 泛应用于汽车、造船，机械及 光硬纤焊、激光软纤焊外，又 接（１ ９７９年应用于生产）的多年 电子等领域。 相继问世了激光双光束焊接、 比较后，美国三大汽车公司之 激光焊接的主要特点： 激光填丝焊、激光复合焊，远 一的克莱斯勒公司首次将激光 （１）热量输入很小、焊缝 程激光焊接等新的焊接方法。 用于一种新型四速变速器齿轮 深宽比大，热影响区小，导致 焊接结构也由对接接头、 的焊接。这也是激光焊接第一 “汽车与配件 技术与市塌ＡＰＴ（Ｎｏ ２４）２００６—５１
激光穿透焊讲解
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激光穿透焊讲解
一、激光穿透焊是啥呢？
嗨，小伙伴们！今天咱们来唠唠激光穿透焊这个超酷的东西。激光穿透焊啊，简单来说就是一种利用激光进行焊接的技术，而且这个激光能穿透焊接材料呢。你想啊，激光就像一个超级厉害的小战士，“嗖”地一下就穿过材料，然后把它们牢牢地焊接在一起。这技术可不得了，在很多地方都有大用处。
二、激光穿透焊的原理
激光穿透焊的原理其实也不是特别难理解。激光产生的高能量光束，聚焦到焊接材料上的时候，那能量密度超级大。这个大能量就会让材料瞬间熔化，然后融合在一起。就好像是把两块冰用超级热的东西瞬间融化，然后它们就变成一块冰了一样。只不过这里是金属或者其他材料啦。而且这个过程是非常精准的，就像做手术的手术刀一样，指哪打哪。
三、激光穿透焊的优点
1. 精度高
激光穿透焊能够精确地控制焊接的位置和深度，这对于一些对精度要求特别高的部件来说，简直是救星。比如说在制造一些微型电子元件的时候，稍微焊歪一点可能整个元件就报废了，但是激光穿透焊就能很好地完成这个任务。
2. 速度快 第 2 页 共 3 页 感谢百度文库让我们在这里与你相见，您的下载就是我们最大的动力。
它的焊接速度可快了呢。因为激光能量高，能够快速地让材料熔化融合，就不像传统的焊接方法那样，要等好久才能完成焊接。这在大规模生产的时候，能大大提高生产效率。
3. 焊接质量好
焊接出来的部分很牢固，而且表面也比较光滑，不会有很多瑕疵。这就使得焊接后的产品在外观和质量上都更上一层楼。
四、激光穿透焊的应用领域
1. 汽车制造
在汽车制造里，很多部件都需要焊接。像车身框架的一些连接处，用激光穿透焊不仅能保证焊接质量，还能让车身更坚固。而且汽车里一些精密的电子设备也需要用它来焊接，确保电子设备正常工作。
2. 航空航天
航空航天领域对材料和焊接的要求超级高。激光穿透焊就可以用来焊接一些特殊的合金材料，这些材料用于制造飞机的机翼、发动机部件等。因为它精度高、质量好，所以在这个领域非常受欢迎。
激光技术在汽车工业中的应用
ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ＆ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
激光技术
在汽车工业中的应用
本文通过国外汽车公司的一些实例，介绍了汽车工业应用的激光技术，对激光切 割、激光焊接、激光表面处理、激光检测等技术的原理、特点、应用范围等作了较为详 细的分析，同时对激光技术在国内汽车工业的应用也进行了阐述。指出激光技术能够保 证汽车的加工质量，提高生产效率，降低制造成本，适合于在汽车工业推广使用。最后， 对激光技术下一步要研究的内容进行了讨论。 ◆南华大学机械工程学院 郎旭元张元钟
激光技术是涉及到光、机、电、 材料及检测等多门学科的一门综合 技术，激光因具有单色性、相干性、 高能量和平行性等特点，适用于材 料加工，而且激光的空间控制性和 时间控制性很好，对加工对象的材 质、形状、尺寸和加工环境的自由 度很大，特别适用于自动化加工， ４０多年来，激光技术与应用发展迅 猛，已与多个学科相结合形成多个 应用技术领域。尤其是近年来，汽 车工业中激光技术应用的进程加 快，汽车工业已成为激光技术应用 最多的领域之一。 据有关资料统计，在欧美等工 业发达国家中，有５０％一７０％的汽车 零部件都是采用激光加工来完成 的。激光技术日益成为汽车工业的 主要加工方法之一。（见表１）
激光切割 激光切割是利用经聚焦的高功
８ Ｉ－巾目汽车嘲造２。。７／新年专刊 中心加强筋
图１采用激光拼焊板的汽车部件
率密度的激光束照射工件，在超过 阈值功率密度的前提下，光束能量 及活性气体辅助切割过程附加的化 学反应热能被材料吸收，引起照射 点工件材料的温度急剧上升。达到 沸点后材料开始汽化并形成孔洞。 随着光束与工件的相对移动，使材 料形成切缝。激光切割的特点：速 度快，切口光滑平整，一般无需后 续加工；切割热影响区小、板材变 形小、切缝窄（０．１ｒａｍ一０．３ｒａｍ）；切 口没有机械应力，无剪切毛刺；加 工精度高，重复性好，不损伤材料 表面；数控编程，可以对幅面很大 的整板切割，无需开模具，经济省 时。 目前在许多国外汽车制造公司 中，激光切割技术的应用非常普 遍。用三轴、五轴激光切割机切割 汽车车身、汽车顶壳和内装饰板 等。在样车研制和小批量生产中， 使用三维以上的激光切割加工系 统，切割各种板件。在生产线上，采 用激光切割机器人对已经冲压成型 的部件进行在线立体切割。高效激 光切割系统的应用，大幅度缩短了 新车的研制时间和汽车的生产准备 周期，使生产实现了自动化和柔性
焊接工艺的激光焊接技术要点
焊接工艺的激光焊接技术要点
随着科技的不断进步和发展，激光焊接技术作为一种高效、精确的焊接方式得到了广泛的应用。激光焊接技术利用激光束对焊接材料进行加热，达到熔化的目的。本文将重点介绍激光焊接技术的要点，并讨论其在焊接工艺中的应用。
一、激光焊接技术的基本原理
激光焊接技术利用激光束对焊接材料进行加热，并在激光束的照射下使熔融池形成，从而实现材料的焊接。激光束通过光学元件的准直和导引，最终集中到焊接接头上。激光焊接的热源浓度高、对热影响区小，具有焊接速度快、熔深大、焊缝质量高等优点。
二、激光焊接技术的要点
1. 激光焊接设备的选型
激光焊接设备的选型是激光焊接工艺的关键。选型时需考虑到焊接材料的种类、厚度、焊接条件等因素，并结合生产需求和经济实际进行选择。常见的激光焊接设备有CO2激光器、光纤激光器等。
2. 材料准备和表面处理
激光焊接需要对焊接材料进行预处理，以保证焊接质量。材料准备包括焊缝的设计、材料的选择和切割等。表面处理则主要包括除锈、除油和打磨等工艺，以保证焊接材料表面的洁净度。
3. 焊接参数的选择 激光焊接参数的选择是影响焊接质量的重要因素。焊接参数包括激光功率、焊接速度、激光束直径等。选取适当的焊接参数可以提高焊接速度和焊接质量，同时减小焊接变形和热影响区。
4. 焊接过程控制
激光焊接过程控制是确保焊接质量的关键。焊接过程控制主要包括焊接速度、激光束角度、焊接位置等的控制，以及焊接过程中的监测和调整。合理的焊接过程控制可以提高焊缝质量和焊接效率。
三、激光焊接技术在焊接工艺中的应用
激光焊接技术由于其独特的优点，在焊接工艺中得到了广泛的应用。它被广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备制造等领域。在汽车制造中，激光焊接可以用于车身焊接、发动机焊接等环节；在航空航天领域，激光焊接可以用于航空发动机叶片的焊接和涡轮盘的焊接等；在电子设备制造中，激光焊接可以用于电子器件的封装等。激光焊接技术的应用可以提高生产效率，减小焊接变形和热影响区，同时提高焊接强度和焊缝质量。
激光焊接技术在汽车制造中的应用
一：一一—兰 ．＿ ……Ｊｌ 激光焊接技术在汽车制造中的应用 陶湘保 曾立平 湖南工学院 湖南衡阳 ４２１００８ 摘 要：介绍了激光焊接的原理、特点及其在汽车制造中的应用，说明了该技术的应用能给汽车生产企业 带来明显的经济效益。 关键词：汽车制造 激光焊接 汽车车身 激光拼焊板 中图分类号：Ｕ４６６ 文献标识码：Ｃ文章编号：１００４—０２２６（２００６）０７—００４３：０３ 作为先进制造技术之一的激光加工技术，在工 业发达国家的汽车工业中的应用已越来越广泛，有 ５０％～７０％的零部件采用激光加工完成。目前汽车 工业是激光加工的第二大应用领域，占激光加工的 １５ 的份额。激光焊接、激光切割、激光标记、激光 打孔都有着广泛的应用。激光焊接具有密度高、加 热范围小、残余应力和变形小等特点，在工业发达国 家已广泛应用于汽车工业，并取得了显著的经济效 益。 １激光焊接原理 激光焊接主要有热导焊和深熔焊两种。热导焊 时，激光辐射能量作用于材料表面，辐射能在表面转 化为热量，通过热传导向材料内部扩散，使之熔化， 在两材料连接区形成熔池。在激光束向前运动后， 熔池中的熔融金属凝固，形成连接两块材料的焊缝。 热导焊采用的激光功率密度为１０ ～１０。Ｗ／ｃｍ。。 由于是靠热传导进行焊接的，焊缝深度小于２．５ ｍｍ，焊缝深宽比一般小于１，主要用于对薄小零件 的焊接加工。 深熔焊时，激光功率密度达到１０。～１０ ｗ／ｃｍ ，功率输入远大于热传导、对流及辐射散热 的速率，材料表面发生气化而形成小孔。激光通过 孔中直射到孔底，光束带着大量的光能不断进入小 孔，小孔外材料在连续流动。小孔随着光束向前移 动，熔融的金属充填小孔移开后所留下的空腔，并随 之冷凝形成焊缝，完成焊接过程。整个过程发生极 快，其焊接速度容易达到每分钟数米。深熔焊焊缝 的深宽比最高达到１２：１。高效率的激光焊接多属于 这一类型，其焊道熔深可达３８ ｍｍ。 ２激光焊接的优点 激光焊接具有如下优点：激光束聚集的功率密 度很高，可保证高质量高精度的焊接效果，可达到较 高的焊缝深宽比，可完成一些复杂结构的焊接；加工 速度快，热影响区很小，焊接的热变形及残余应力很 小，可进行精确的焊接；激光加工属非接触加工，没 有明显的机械力，没有工具损耗，焊接无须刚性夹 紧；可在空气中进行焊接，无需真空也不产生Ｘ射 线，常需在保护气氛下进行焊接，以防有害气体侵蚀 焊接熔池；不用焊条或填充材料便可得到成分与母 体材料相同的焊缝；激光没有惯性，在高速加工过程 中可急停和迅速启动；激光焊接技术适用于钛合金、 铝合金和镍基高温合金、各种钢材以及工程塑料，对 于异种材料之间的焊接，如奥氏体不锈钢与铜或与 易切钢、铸造高温合金与形变高温合金等，也都能得 到高强度的接头；光束传输方便，具有较大的灵活 性，易与机器人、数控技术相结合，实现自动化加工， 可在高速下焊接复杂形状的工件，获得非常精确的 焊缝。 ３激光焊接的应用 激光焊接技术是激光材料加工技术应用的重要 方面。自１９９０年日本丰田汽车公司首次将该技术 应用于汽车车身制造以来，激光焊接技术在日本和 欧美等汽车制造业中得到了广泛的应用。通用、奔 驰、大众等汽车公司纷纷开发和应用这项技术，并取 得了显著的经济效益。目前，汽车单车中激光焊缝 的总长度可达７３ ｍ，该技术己成为汽车工业的标准 工艺，是汽车制造生产中最主要的焊接方法之一。 总体上讲，激光焊接在汽车制造中的应用主要包括 三个方面。 ３．１ 汽车车身的激光焊接技术 收稿日期：２００６—０６—１８ 作者简介：陶湘保，男，１９４２年生，教授，从事机械制造及自动化教学和科研工作。 基金项目：湖南省教育厅资助科研项目（编号：０４Ｃ０３７） ２００６・７专用汽车ＺＨＵＡＮＹＯＮＧ ＱＩ
浅谈激光拼焊板在汽车车身上的应用
浅谈激光拼焊板在汽车车身上的应用
口林辉 口施磊
华南理工大学机械与汽车工程学院车辆工程系 广州 ５１０６４０
摘要：由于自身所具有的优点，激光拼焊板在汽车工业中得到广泛应用。通过将不同材料、厚度和涂料的钢板焊接 在一起，形成可冲压车身外板。还进一步说明了激光拼焊板在汽车制造工艺中的应用现状。
关键词：激光拼焊板车身应用现状
中图分类号：ＴＨ１６１；Ｕ２７０．２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８（２０１０）０８—００６６—０３
与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点 是速度快、深度大、变形小；能在室温或特殊条件下进
行焊接，焊接设备简单；可焊接难熔材料如钛、石英等，
并能对异性材料施焊，效果良好等。同时，激光焊接也
存在着一定的局限性，如要求焊件装配精度高，且要求
光束在工件上的位置不能有显著偏移；激光器及其相
关系统的成本较高，一次性投资较大。
１ 激光拼焊板简介
从理论上讲，激光拼焊板就是将几块不同材质、厚
度、涂层的钢材或铝材，切成合适的尺寸和形状，用激
光把边部焊接成一块整体板，以满足汽车零部件对材
料性能的不同要求。汽车制造商用这种拼焊板冲压成
特定的零件装配汽车，对减轻汽车重量，减少材料消
耗，减少加工工序，降低生产成本，提高生产效率，提高
安全性能都有十分重要的作用。
因其组合自由，可将不同的钢板进行拼接，故此技
术一推出，便将此类钢板称为拼焊板。汽车工业在降低 汽车自重的同时，提高结构安全性是一直想要达到的 目标，而在这方面做得最为成功的就是激光拼焊板技
术。使用激光拼焊板能有效降低汽车生产成本１０％～
１５％，同时也能满足消费者提高产品质量和安全性能，
减少油耗，保护环境等方面的多种需求。
２激光拼焊技术来源
激光拼焊板源于２０世纪８０年代，出现在汽车工业。 当时主要是为了解决钢厂轧出的钢板板宽不够的问
题，通过拼焊技术从而满足汽车工业对宽板的需求。随
着汽车工业的发展，激光拼焊板向差厚板方向发展，即 可将不同厚度的钢板实现拼焊，此时才真正实现了汽
汽车工业中的激光焊接技术
相关产业Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ
汽车工业中的激光焊接技术
１．激光焊接技术的特点及应用领域 燕来荣
世界上第一个激光器的成功演示在４０多年前，
在今天，激光科学技术蓬勃发展，其作用远远超出
了其发明初期人们原有的预想。激光技术的应用目
前遍及科技、经济、军事和社会的许多领域。汽车
工业是激光加工重要的应用领域，占激光加工１５％的
份额。激光焊接、激光切割、激光标记、激光打孔
都有着广泛的应用。
激光焊接技术在制造领域的应用稳步增长，由
脉冲到连续，由小功率到大功率，由薄板到厚件，
由简单单缝到复杂形状，激光焊接在不断的演化过
程中已经逐步成为一种成熟的现代加工工艺技术。
激光（受激辐射光）最基本的特点就是：单色性、方
向性、相关性，这些独特性质加上由此而来的超高
亮度，超短脉冲等性质使它已经紧紧的和现代工业
结合在一起，这些特质非常适合焊接加工。激光焊
接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与
电子束、等离子束和一般机械加工相比较，具有许
多优点。激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，
能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；激光焊接
是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题； 激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加
工；激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控
制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂
形状的焊接；激光焊接热影响区小，材料变形小，
无需后续工序处理；激光可通过玻璃焊接处于真空
容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；激
光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；激光焊接
与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，
操作方便；激光焊接生产效率高，加工质量稳定可
靠，经济效益和社会效益好。
激光器一般按产生激光的工作物质不同来分类，
主要有半导体（ＧａＡｓ，ＩｎＰ等）激光器、固体（Ｎｄ：ＹＡＧ
等）激光器、气体（ＣＯｚ、Ｈｅ—Ｎｅ等）激光器、液体
（可调谐染料等）激光器、化学激光器、自由电子激
焊接新技术在汽车车身焊装中的运用
焊接新技术在汽车车身焊装中的运用
摘要：在汽车生产领域中，要选择多种新型焊接技术，究其原因主要有以下几点，安装技术的需要，对零部件的要求以及汽车车身等方面的不同。针对这一点，本文对焊接新技术在汽车车身焊装中的运用作阐述。
关键词：焊接新技术 汽车车身焊装 运用
中图分类号：u466 文献标识码：a 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0101-02
在汽车制造领域中，不管是汽车车身的制造还是安装零部件都必须经历一个阶段那就是焊接，这个阶段是非常关键的，焊接对汽车外观有直接的重要的影响，要是焊接质量不符合要求的话，严重时会引起车身发生漏雨，开动时有引起路面以及风力噪音产生的可能性。因此，为了提高汽车工业品牌，应该在汽车车身方面大力推广焊接新技术。
1 激光焊接的技术方法
1.1 对激光焊接技术进行的划分
（1）双光束以及多光束激光焊接：之所以会提出该种焊接方式，主要是因为其可以提供较大溶深，有稳固的焊接过程，有利于焊缝顺利成形，将两台甚至更多的激光器同时激光形成的光束集中在一起，这个过程就是焊接过程。该技术在厚度适中的零部件焊接方面使用最多。（2）激光熔焊：在生产汽车车身时通常采用的是对接焊技术和搭接焊技术，在车身零件没有进行冲压成型时，对于不同厚
度和材质的钢板进行拼接用的就是对接焊技术，而搭接焊技术则是用于进行车身装焊时的部件焊接，比如对车门进行的焊接等。汽车底盘位置的零部件一般选择别的接头形式。（3）激光钎焊：在光滑表面形成的过程中防止锌镀层发生溶化是该焊接技术的基本特点，而且其还能在腐蚀完成后减少大量处理工序。正是由于该特征，激光钎焊对部分表面能看得见的接合而言，效果是很不错的，比如后行李箱盖与车门，车身的侧位与顶盖二者之间的焊接等。