摘要：在中國，汽車產(chǎn)業(yè)注定是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，提高汽車制造能力的裝備就顯得猶為重要。車身制造中所采用的激光掃描焊效率高于點焊和激光焊，通過可控編程和示教用線性激光的輔助，可實現(xiàn)復雜結構的焊接。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。（注：掃描焊、遠程焊和飛行焊接指的是同一種激光焊接方法。）
關鍵詞：激光掃描焊；原理；系統(tǒng)；汽車；應用
1 汽車行業(yè)的發(fā)展及激光應用
我國汽車市場將保持快于全球市場的增速，產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界首位。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的持續(xù)擴大，我國將從汽車大國轉變?yōu)槠噺妵?/div>
激光技術，是本世紀最重大的發(fā)明之一，激光在剛誕生不久就被人稱為“解決問題的工具”，激光技術在工業(yè)制造領域具備巨大的市場潛力。
在“柔性制造”方式被大力推廣的今天，汽車工業(yè)領域面臨著一次變革。汽車零部件產(chǎn)業(yè)正由大批量生產(chǎn)到小批量、多樣化的生產(chǎn)方式過度，以市場為導向的制造方式逐步普及，“Production Line”正被“Production Station”所取代，激光的空間控制性和時間控制性很好，能夠迅速適應多種材料、多種形狀和尺寸，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。
2 激光遠程焊接的特點
大眾汽車走在激光遠程焊技術應用的前列。就在帕薩特汽車后窗臺板成功運用激光遠程焊之后，激光掃描焊工藝及其系統(tǒng)在2005年被廣泛應用于大眾汽車公司的系列產(chǎn)品中。從2007年初開始，后續(xù)的奧迪A4利用激光掃描焊，每天可生產(chǎn)1800扇車門。同時，通過優(yōu)化內部通訊，大眾汽車實現(xiàn)了激光掃描焊系統(tǒng)的光束共享和分化，從而有效提高了激光的利用率。
1）可實現(xiàn)長焦距、大范圍焊接。
實現(xiàn)500mm以上的激光焊，這是常規(guī)激光焊無法實現(xiàn)的。對于結構復雜而又無法接近的加工件來說，激光遠程焊給出了完美的答案——相比于燈泵浦激光器25mm.mrad的光束質量，激光遠程焊的碟片激光器可達到8mm.mrad；激光遠程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；
2）激光遠程焊速度快。
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(xiàn)發(fā)射光束的高速加工。常規(guī)點焊2s才能實現(xiàn)一個焊點連接，而使用激光遠程焊，1s就可實現(xiàn)3~4個焊點連接。
BMW公司在轎車某個部件上比較三種焊接方法所耗時間，該工件需要焊接的部位達20多個（見圖1），統(tǒng)計時間如表1所示。
圖1 BMW轎車某工件焊點分布圖
表1 BMW統(tǒng)計的三種焊接方法時間
國內首套激光三維遠程焊接系統(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）。該系統(tǒng)已應用于一汽大眾某高端車型的制造中。這套焊接系統(tǒng)，最快焊接速度可達50m/min，完成車身門檻上70條焊縫的焊接時間僅需25秒。
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，可實現(xiàn)焊接形狀的多樣性。
如C形，○形，直線型等（見圖3）。眾多汽車廠已經(jīng)驗證，C形結構無論在加工時間還是結構強度上都優(yōu)于傳統(tǒng)點焊的圓形焊點，同時激光遠程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3 激光掃描焊接系統(tǒng)軌跡
4）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，強度越高，對熱輸入量越敏感，激光遠程焊比點焊和MIG焊的熱輸入小，是焊接高強鋼的首選。
3 激光遠程焊應用于汽車
由于傳統(tǒng)激光焊接系統(tǒng)在焊接位置之間移動的速度相對較低，在實際生產(chǎn)中很難達到大批量生產(chǎn)要求，這一缺點在焊點分布多的復雜三維零件上（如車門）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，為激光遠程焊接技術的實現(xiàn)奠定了硬件基礎，如今遠程激光焊接正在成為替代傳統(tǒng)汽車白車身電阻點焊的一種手段。
3.1 激光遠程焊的原理介紹
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（圖1中1、2）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”。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(yōu)越性。
圖4 激光掃描焊光路圖
3.2 激光遠程焊的接頭形式
激光遠程焊的主要接頭形式有搭接、不等厚搭接、對接三種，如圖5所示。相對于傳統(tǒng)點焊，激光掃描焊的接頭形式需重新設計，見圖6所示。
圖5 激光遠程焊的接頭型式
圖6 激光掃描焊接頭結構設計
3.3 激光遠程焊接系統(tǒng)
激光遠程焊接系統(tǒng)的組成如圖7所示（其主要特性見表2），與傳統(tǒng)的激光焊接設備相比，差異主要體現(xiàn)在激光頭上。激光遠程焊焦距可達212mm，工作區(qū)域可達10010040mm（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(tǒng)（圖8）及示教用線性激光（圖9）的輔助，可實現(xiàn)激光掃描焊的軌跡模擬和優(yōu)化。
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 激光掃描焊應用于汽車的過程
掃描焊應用于汽車，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。圖10所示為汽車車門焊接，邊框采用短直線形焊縫，內部結構件采用C形焊縫。
圖10 激光遠程焊接門板（采用C形和直線型）
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