在汽车制造中，激光扫描焊的加工效率要高于点焊和激光焊，它通过可控编程和示教用线性激光的辅助，可实现复杂结构的焊接。本文介绍了激光扫描焊的原理及其在轿车焊接上的应用。

汽车行业的发展及激光应用

激光技术是本世纪最重大的发明之一，激光在刚诞生不久就被人们称为“解决问题的工具”，激光技术在工业制造领域具备巨大的市场潜力。

中国的汽车产业注定是一个朝阳产业，国内汽车市场的需求保持快于全球市场的增速，随着产业规模的持续扩大，我国将从汽车大国转变为汽车强国，在这个过程中，改善汽车制造中的装备就显得尤为重要。

在“柔性制造”方式被大力推广的今天，汽车工业领域面临着一次变革。汽车零部件产业正由大批量生产向小批量、多样化的生产方式过渡，以市场为导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间控制性和时间控制性，以及快速适应多种材料、多种形状和尺寸的能力，而特别适用于柔性加工，因此激光将在这一变革中发挥重大作用。

激光扫描焊接的特点

大众汽车走在激光扫描焊技术的应用前列，在帕萨特汽车后窗台板成功运用激光扫描焊之后，激光扫描焊工艺及其系统在2005年被广泛应用于大众汽车公司的系列产品中。2007年初，大众汽车通过优化内部通讯，实现了激光扫描焊系统的光束共享和分化，从而有效提高了激光的利用率。

可实现长焦距、大范围焊接

实现500mm以上的激光焊，这是常规激光焊无法实现的。对于结构复杂而又无法接近的加工件来说，激光扫描焊给出了完美的答案：相比于灯泵浦激光器25mm.mrad的光束质量，激光扫描焊的碟片激光器可达到8mm.mrad；激光扫描焊接可避免焊接过程中飞溅、烟尘对激光头的损伤，有助于延长使用寿命，从而降低使用成本。

激光扫描焊速度快

在原机器手臂的移动速度下，还可利用激光头内部振镜的转动来实现发射光束的高速加工。常规点焊2s才能实现一个焊点连接，而使用激光远程焊1s就可实现3～4个焊点连接。

BMW公司在轿车某个部件上比较电阻焊、传统激光焊和激光扫描焊三种焊接方法所耗时间，该工件需要焊接的部位达20多处，统计时间如表1所示。

表1 BMW统计的三种焊接方法所需时间

利用软件编程焊缝轨迹，可实现焊接形状的多样性

如C形、○形、直线型等（见图1）。众多汽车厂已经验证，C形结构无论在加工时间还是结构强度上都优于传统点焊的圆形焊点，同时激光扫描焊还可利用此特点在工件表面标识8个字符的ID，以便记录和追踪。

图1 激光扫描焊接系统轨迹

相对于点焊，激光远程焊热输入小、焊接变形小。

对于超过1000MPa的高强钢，其强度越高对热输入量越敏感，激光扫描焊比点焊和MIG焊的热输入小，是焊接高强钢的首选。

激光扫描焊的应用

由于传统激光焊接系统在焊接位置之间的移动速度相对较低，在实际生产中很难达到大批量生产要求，这一缺点在焊点分布多的复杂三维零件上显得尤为突出。高光束质量高功率新型盘形激光器和光纤激光器的应用推广，为激光扫描焊接技术的实现奠定了硬件基础。

激光扫描焊的原理介绍

扫描焊、远程焊和飞行焊接指的是同一种激光焊接方法，激光扫描头可以从500mm以外的位置进行激光焊接，通过内部振镜的运动，在不移动激光头的情况下，可以进行类似光扫描的焊接，此种焊接方式速度快，移动位置精准度高，通常使用机器人来控制激光扫描头的移动轨迹，结合扫描头本身的高速焊接及外在空间上的凌空感，人们又将它取名为“飞行焊接”，其焊接原理图如图2所示。此种焊接方式在每个光场面内移动速度快，仅在两个光场间需要时间来调整振镜角度，以准备下一个光场面的焊接，因此激光扫描焊对于多点位置的短距离焊接有固有的优越性。

图2 激光扫描焊的光路图

激光扫描焊的接头形式

激光扫描焊的主要接头形式有搭接、不等厚搭接、对接三种，如图3所示。相对于传统点焊，激光扫描焊的接头形式需重新设计，见图4所示。

图3 激光扫描焊的接头形式

图4 激光扫描焊的接头设计

激光扫描焊接系统

激光扫描焊接系统的组成如图5所示（其主要特性见表2），与传统的激光焊接设备相比，差异主要体现在激光头上。激光扫描焊焦距可达212mm，工作区域可达100mm×100mm×40mm（Z向40mm），在X/Y向的定位时间小于0.01s，在Z向的定位时间小于0.1s。通过可编程系统（图6）及示教用线性激光（图7）的辅助，可实现激光扫描焊的轨迹模拟和优化。

图5 激光扫描焊接系统（带气刀）

表2 激光扫描焊系统特性

激光扫描焊在汽车行业的应用

扫描焊应用于汽车焊接，主要包括座椅（框架、滑道、面板）、白车身（车门、悬挂件、边墙、柱子、后窗台板）、内饰等。

结束语

汽车制造作为一个技术密集型加工领域，追求速度和效率的完美结合，采用激光扫描焊焊接车门、门槛等结构，更利于缔造高效可靠的解决方案，进一步的开发应用正在逐步推广。