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在汽車制造中，激光掃描焊的加工效率要高于點焊和激光焊，它通過可控編程和示教用線性激光的輔助，可實現復雜結構的焊接。本文介紹了激光掃描焊的原理及其在轎車焊接上的應用。

汽車行業的發展及激光應用

激光技術是本世紀最重大的發明之一，激光在剛誕生不久就被人們稱為“解決問題的工具”，激光技術在工業制造領域具備巨大的市場潛力。

中國的汽車產業注定是一個朝陽產業，國內汽車市場的需求保持快于全球市場的增速，隨著產業規模的持續擴大，我國將從汽車大國轉變為汽車強國，在這個過程中，改善汽車制造中的裝備就顯得尤為重要。

在“柔性制造”方式被大力推廣的今天，汽車工業領域面臨著一次變革。汽車零部件產業正由大批量生產向小批量、多樣化的生產方式過渡，以市場為導向的制造方式逐步普及，“Production Line”正被“Production Station”所取代，激光因其具有良好的空間控制性和時間控制性，以及快速適應多種材料、多種形狀和尺寸的能力，而特別適用于柔性加工，因此激光將在這一變革中發揮重大作用。

激光掃描焊接的特點

大眾汽車走在激光掃描焊技術的應用前列，在帕薩特汽車后窗臺板成功運用激光掃描焊之后，激光掃描焊工藝及其系統在2005年被廣泛應用于大眾汽車公司的系列產品中。2007年初，大眾汽車通過優化內部通訊，實現了激光掃描焊系統的光束共享和分化，從而有效提高了激光的利用率。

可實現長焦距、大范圍焊接

實現500mm以上的激光焊，這是常規激光焊無法實現的。對于結構復雜而又無法接近的加工件來說，激光掃描焊給出了完美的答案：相比于燈泵浦激光器25mm.mrad的光束質量，激光掃描焊的碟片激光器可達到8mm.mrad；激光掃描焊接可避免焊接過程中飛濺、煙塵對激光頭的損傷，有助于延長使用壽命，從而降低使用成本。

激光掃描焊速度快

在原機器手臂的移動速度下，還可利用激光頭內部振鏡的轉動來實現發射光束的高速加工。常規點焊2s才能實現一個焊點連接，而使用激光遠程焊1s就可實現3～4個焊點連接。

BMW公司在轎車某個部件上比較電阻焊、傳統激光焊和激光掃描焊三種焊接方法所耗時間，該工件需要焊接的部位達20多處，統計時間如表1所示。

表1 BMW統計的三種焊接方法所需時間

利用軟件編程焊縫軌跡，可實現焊接形狀的多樣性

如C形、○形、直線型等（見圖1）。眾多汽車廠已經驗證，C形結構無論在加工時間還是結構強度上都優于傳統點焊的圓形焊點，同時激光掃描焊還可利用此特點在工件表面標識8個字符的ID，以便記錄和追蹤。

圖1 激光掃描焊接系統軌跡

相對于點焊，激光遠程焊熱輸入小、焊接變形小。

對于超過1000MPa的高強鋼，其強度越高對熱輸入量越敏感，激光掃描焊比點焊和MIG焊的熱輸入小，是焊接高強鋼的首選。

激光掃描焊的應用

由于傳統激光焊接系統在焊接位置之間的移動速度相對較低，在實際生產中很難達到大批量生產要求，這一缺點在焊點分布多的復雜三維零件上顯得尤為突出。高光束質量高功率新型盤形激光器和光纖激光器的應用推廣，為激光掃描焊接技術的實現奠定了硬件基礎。

激光掃描焊的原理介紹

掃描焊、遠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以外的位置進行激光焊接，通過內部振鏡的運動，在不移動激光頭的情況下，可以進行類似光掃描的焊接，此種焊接方式速度快，移動位置精準度高，通常使用機器人來控制激光掃描頭的移動軌跡，結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”，其焊接原理圖如圖2所示。此種焊接方式在每個光場面內移動速度快，僅在兩個光場間需要時間來調整振鏡角度，以準備下一個光場面的焊接，因此激光掃描焊對于多點位置的短距離焊接有固有的優越性。

圖2 激光掃描焊的光路圖

激光掃描焊的接頭形式

激光掃描焊的主要接頭形式有搭接、不等厚搭接、對接三種，如圖3所示。相對于傳統點焊，激光掃描焊的接頭形式需重新設計，見圖4所示。

圖3 激光掃描焊的接頭形式

圖4 激光掃描焊的接頭設計

激光掃描焊接系統

激光掃描焊接系統的組成如圖5所示（其主要特性見表2），與傳統的激光焊接設備相比，差異主要體現在激光頭上。激光掃描焊焦距可達212mm，工作區域可達100mm×100mm×40mm（Z向40mm），在X/Y向的定位時間小于0.01s，在Z向的定位時間小于0.1s。通過可編程系統（圖6）及示教用線性激光（圖7）的輔助，可實現激光掃描焊的軌跡模擬和優化。

圖5 激光掃描焊接系統（帶氣刀）

表2 激光掃描焊系統特性

激光掃描焊在汽車行業的應用

掃描焊應用于汽車焊接，主要包括座椅（框架、滑道、面板）、白車身（車門、懸掛件、邊墻、柱子、后窗臺板）、內飾等。

結束語

汽車制造作為一個技術密集型加工領域，追求速度和效率的完美結合，采用激光掃描焊焊接車門、門檻等結構，更利于締造高效可靠的解決方案，進一步的開發應用正在逐步推廣。