1、激光焊的架構(gòu)

　　激光焊接應(yīng)用采用激光作為焊接熱源，工業(yè)機(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。激光熱源的優(yōu)勢(shì)在于，它有著極高的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的焊接點(diǎn)上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快和焊接變形小等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)薄板的快速連接。

　　（1）激光源：用于激光焊接的激光源主要有CO2氣體激光源和YAG固體激光源兩種。激光源最重要的性能是輸出功率和光束質(zhì)量。從這兩方面考慮，CO2激光源比YAG激光源具有更大優(yōu)勢(shì)，是目前深熔焊接主要采用的激光源。

　?。?）光導(dǎo)和聚焦系統(tǒng)：光導(dǎo)聚焦系統(tǒng)由圓偏振鏡、擴(kuò)束鏡、反射鏡或光纖及聚焦鏡等組成，實(shí)現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)、方向、傳輸光束和聚焦的功能。這些光學(xué)零件的狀況對(duì)激光焊接質(zhì)量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學(xué)部件，尤其是透鏡性能會(huì)劣化，使透過率下降，產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，同時(shí)表面污染也會(huì)增加傳輸損耗。

　?。?）焊接機(jī)器人：由于激光熔焊、激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)方法的不同以及焊接接頭形式的不同，所以對(duì)焊接接頭的裝配精度要求也不同。搭接焊縫的激光熔焊和角焊縫的激光釬焊可以采用普通的焊接機(jī)器人。對(duì)于對(duì)接焊縫的激光釬焊和激光焊必須采用區(qū)別于常規(guī)機(jī)器人的絞臂式焊接機(jī)器人，通常設(shè)計(jì)焊縫自動(dòng)跟蹤矯正系統(tǒng)。

　?。?）焊接夾具：可以保證激光焊接時(shí)所連接板材或總成的精確定位，保證焊縫間隙，防止焊接變形，從而提高激光焊接接頭的質(zhì)量。

　?。?）激光焊接控制系統(tǒng)：控制系統(tǒng)主要包括焊接過程的視頻監(jiān)視系統(tǒng)、機(jī)器人的焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和矯正系統(tǒng)、送絲控制系統(tǒng)等。對(duì)于不同的激光焊接方式，控制系統(tǒng)的組成也有所相同。激光熔焊無需送絲系統(tǒng)、焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)和運(yùn)行軌跡矯正系統(tǒng)。
 

　　2、激光焊的優(yōu)勢(shì)

　　激光焊接的主要特點(diǎn)如下：

　?。?）熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區(qū)小導(dǎo)致工件收縮和變形很小，無需焊后矯形；

　　（2）焊縫強(qiáng)度高、焊接速度快、焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去焊后清理等工作；

　?。?）焊接一致性、穩(wěn)定性好一般不加填充金屬和焊劑，并能實(shí)現(xiàn)部分異種材料焊接；

　　（4）光束易于控制，焊接定位精確易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；

　?。?）非接觸加工，不需對(duì)工件加壓和進(jìn)行表面處理；

　?。?）焊點(diǎn)小、能量密度高、適合于高速加工；

　?。?）短時(shí)間焊接，既對(duì)外界無熱影響，又對(duì)材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工高熔點(diǎn)、高硬度、特種材料；

　?。?）無加工噪音，對(duì)環(huán)境無污染；

　?。?）可通過光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、普通方法難以達(dá)到的部位、多路同時(shí)或分時(shí)焊接；

　?。?0）很容易改變激光輸出焦距及焊點(diǎn)位置；

　?。?1）很容易搭載到自動(dòng)機(jī)、機(jī)器人裝置上；

　?。?2）與其它焊接工藝方法比較激光焊接的前期投資較大；

　?。?3）被焊工件裝配精度高，相對(duì)而言對(duì)光束操控的精確性也有較高的要求；

　?。?4）由于飛濺大，穿透焊的焊縫相對(duì)于釬焊更粗糙，但是強(qiáng)度比普通點(diǎn)焊要高很多。
 

　　3、激光焊的應(yīng)用

　　應(yīng)用于車身的激光焊接主要分為兩種方式：一種為熔焊，不需要填充物質(zhì)，激光直接作用在工件表面上進(jìn)行焊接；另一種為填充焊，即通常所說的釬焊，主要應(yīng)用于汽車頂蓋的焊接。
 

　　3.1熔焊

　　根據(jù)激光束能量密度的大小，熔焊又可分為熱傳導(dǎo)焊和穿透焊。

　?。?）熱傳導(dǎo)焊

　　由于激光匯聚于一點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)高的溫度（與能量密度大小有關(guān)），當(dāng)溫度達(dá)到1490℃時(shí)，鋼板就會(huì)熔化，利用此種熱效應(yīng)進(jìn)行焊接的方式為熱傳導(dǎo)焊，其過程為：首先通過激光將工件表面加熱到熔點(diǎn)，金屬熔化后會(huì)形成一個(gè)半球形的熔池，熔池的半徑和深度慢慢增大，當(dāng)吸收的激光能量與熔池向四周擴(kuò)散的熱量達(dá)到平衡時(shí)，熔池便不再擴(kuò)大。沿預(yù)定軌跡移動(dòng)激光光束，熔池也隨之移動(dòng)，熔池前方的金屬不斷熔化，后方的金屬冷卻，從而形成一條焊縫。熱傳導(dǎo)焊的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在焊縫光滑且飛濺少，速度為1～3m/min，焊縫深度與寬度比小于1。此焊接方式多用于平板拼焊。

　　（2）穿透焊

　　在汽車白車身上，因?yàn)楹附愉摪逵?～4層，厚度可達(dá)4mm，所以對(duì)焊縫的深度有更高的要求，此時(shí)熱傳導(dǎo)焊無法滿足工藝的要求，這就需要另一種焊接方式—穿透焊，穿透焊具有速度快、熔深更深的特點(diǎn)，它對(duì)激光能量密度的要求遠(yuǎn)高于熱傳導(dǎo)焊。當(dāng)激光作用于工件表面時(shí)，金屬迅速汽化（在2590℃鋼板就會(huì)汽化為蒸汽），以蒸汽的形式擴(kuò)散出熔池，并形成一個(gè)蒸汽通道，激光在通道內(nèi)進(jìn)行多次反射可以使金屬對(duì)激光能量的吸收率增加到75%，在這里稱之為“小孔效應(yīng)”，當(dāng)產(chǎn)生的蒸汽壓力不足以擴(kuò)散出熔池時(shí)，熔池便不再加深，形成一個(gè)穩(wěn)定的焊接狀態(tài)。熔池經(jīng)過的位置，在蒸汽通道周圍形成金屬熔液流動(dòng)，使上下兩層板熔合在一起，金屬冷卻后，便形成一條高強(qiáng)度焊縫。與熱傳導(dǎo)焊相比，穿透焊的優(yōu)勢(shì)在于其焊接深度更深、速度更快，對(duì)于4mm厚的低碳鋼板材，焊接速度可達(dá)5m/min；而其缺點(diǎn)在于其將金屬迅速汽化后產(chǎn)生的大量飛濺容易損傷工件及加工設(shè)備。

　　3.2填充焊（釬焊）

　　另一種焊接方式為填充焊，此種方式并不熔化工件本身，而是利用激光的熱效應(yīng)熔化焊絲，并將其填充到所需焊接的兩個(gè)工件之間，其優(yōu)點(diǎn)在于焊縫美觀，產(chǎn)生的熱變形小，汽車頂蓋的焊接多采用此種方式。汽車頂蓋激光釬焊技術(shù)是最早應(yīng)用于車身加工的激光工藝，其原理為利用激光將焊絲（一般為銅硅合金）熔化并填充到頂蓋與側(cè)圍工件的縫隙中，不但起到連接的作用還可以進(jìn)行密封。穿透焊的過程與釬焊有所不同，激光在兩層鋼板上進(jìn)行穿透焊接，無焊絲填充，機(jī)器人帶動(dòng)鏡頭按照預(yù)先編定的軌跡直接焊接，無需導(dǎo)向裝置。穿透焊采用激光功率為4kW，遠(yuǎn)高于釬焊。因?yàn)楹附又行枰刍ぜ栽诤缚p的兩端需要設(shè)置功率斜坡，即在焊接起始時(shí)，功率在30ms內(nèi)從1kW線性增加至4kW，結(jié)束時(shí)功率在30ms內(nèi)從4kW降到1kW。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于避免在起弧和收弧時(shí)將鋼板焊穿，形成小洞，從而影響焊接質(zhì)量。激光源采用YAG連續(xù)型激光發(fā)生器，最高輸出可達(dá)4kW，由于焊絲的熔點(diǎn)相對(duì)鋼板要低，所以選擇激光的輸出功率范圍為（1.8～2）kW，在熔化焊絲的同時(shí)，保證頂蓋和側(cè)圍不產(chǎn)生熱變形。激光采用柔性的光纜傳輸，可以使激光發(fā)生器與焊接工位分開，避免設(shè)備受到損傷。根據(jù)焊絲直徑的大小，在焊接端利用光學(xué)鏡頭改變激光聚焦的光斑大小使之相互匹配，如焊絲直徑為1.0mm，將激光聚焦的光斑直徑調(diào)整為1.2mm，使激光最大限度地作用于焊絲上。焊接過程中由機(jī)器人帶動(dòng)自適應(yīng)式焊接鏡頭，轉(zhuǎn)動(dòng)軸帶動(dòng)伸縮臂在水平方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，而伸縮臂自身可以在垂直方向移動(dòng)。一般車身的激光焊縫長達(dá)42m，保證了其整體尺寸的精確性、車身強(qiáng)度和剛性。采用激光釬焊的車頂只有一條細(xì)致平滑的焊縫，直接作為外表面以增加車身的流線視覺效果，而采用傳統(tǒng)點(diǎn)焊工藝的車頂則有兩條橡膠密封條。

汽車白車身頂蓋激光自動(dòng)焊接成套設(shè)備

　　如今激光焊接應(yīng)用于汽車車身生產(chǎn)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，采用激光焊接不僅可以降低車身重量、提高車身的裝配精度，同時(shí)還能大大加強(qiáng)車身的強(qiáng)度，在用戶享受舒適的同時(shí)，為其提供更高的安全保障。作為國內(nèi)首套汽車白車身激光焊接成套設(shè)備，法利萊“轎車車身頂蓋激光焊接柔性生產(chǎn)線”打破了國外企業(yè)在該領(lǐng)域的壟斷地位，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，目前已成功應(yīng)用于多條整裝焊接生產(chǎn)線，焊接速度達(dá)4.8m/min，比世界上同類型設(shè)備快30%，但價(jià)格卻比國外同類型生產(chǎn)線低40%，大大降低了整機(jī)制造成本，提高了民族品牌汽車的國際競爭力。