激光飛行焊技術在汽車車身上的應用

胡德志 周帥帥

摘 要：全球汽車市場格局重構，改變了越來越多的自主品牌，隨著世界經濟水平的飛速發展，汽車制造業的技術得到不斷改善。激光飛行焊技術具有焊接變形量小、效率高、使用成本低等優勢，已廣泛的應用于汽車生產，給汽車生產領域帶來了深遠的影響。文章就激光飛行焊接的原理以及在汽車車身上的應用進行簡單的說明，以期為汽車行業人員提供一些幫助。

關鍵詞：激光飛行焊;焊接技術;汽車應用

中圖分類號：U466 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2019）12-60-03

Abstract： The global auto market pattern reconstruction， changed more and more independent brands， with the rapid development of world economy， the flying car manufacturing technology continue to improve. the laser welding technology has high efficiency of welding deformation small low cost advantages， has been widely used in automobile manufacturing， has brought the profound influence to auto production field. in this paper， the principle of laser welding flight as well as the application in car body for simple instructions， in order to provide some help for the auto industry personnel.

Keywords： Laser flight welding; Welding technique; Automotive applications

CLC NO.： U466 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）12-60-03

1 前言

在汽車制造領域，激光焊接技術已廣泛的應用，而激光飛行焊接技術是在車身焊接技術發展下產生的一種新型高效焊接技術，相對于傳統的激光焊接技術，激光飛行焊接具有焊接效率高、焊縫強度高、焊接邊小、使用成本低等優勢。

2 激光飛行焊技術簡介及系統組成

激光飛行焊即激光機器人的掃描焊接，機器人攜帶的掃描頭可以從500mm以外的位置，在不移動掃描頭的情況下，通過掃描頭的運動，不接觸工件的情況下完成高速焊接，進行類似光掃描的焊接。此種焊接方式速度快、移動位置精度高，因其掃描頭本身的高速焊接以及外在空間的凌空感，所以取名為“飛行焊”。

激光飛行焊系統由激光器、實時觸發器、機器人、掃描頭、光纖等部分組成（如圖1所示），通過光纖傳輸的固態激光器位于遠處的激光器房，它是提供焊接能量的源動力。

廣義的激光房由房體、維修安全門、進風口、除塵口、觀察窗、進出件快速開關門、監控系統、各種安全防護（光柵、掃描儀）、光纖懸掛系統等組成。激光房的大小根據實際工裝夾具、機器人臂長、工藝布局等因素決定。

3 激光飛行焊技術原理

激光飛行焊接是機器人沿著工件上面大約500mm的平滑路徑引導著掃描頭和光纖，掃描頭在極短時間內將聚焦點從一個焊縫導向到另一個焊縫。

激光飛行焊接與傳統的激光焊接主要區別是激光束定位方法不一樣，激光飛行焊接技術通過激光束入射到掃描鏡的X，Y軸兩個反射鏡上，計算機控制反射鏡的角度，實現激光束的任意偏轉[5]。掃描頭位于激光器光纖光纜端部，將激光焦點精確定位到將要焊接工件的中央。掃描頭內部的兩個掃描鏡引導光束通過平常鏡頭將光束聚焦到普通的聚焦平面，焊接范圍一般為一定尺寸橢圓內。此外，掃描頭還配有一個電動鏡頭，可以沿著Z軸方向上下移動聚焦平面（如圖2所示）。

掃描頭有兩種類型，一種采用的是可移動式聚焦鏡和單反射鏡的方式實現，光纖輸出的激光經準直、聚焦后直接打到反射鏡，通過反射鏡的橫向旋轉來實現加工平面的X向運動，Y向的運動則由掃描頭的縱向旋轉來控制;另一種采用雙振鏡的方式實現，使用兩片振鏡分別控制X軸和Y軸方向的運動，激光經過準直鏡準直后再通過雙振鏡的旋轉來控制光線的位移，聚焦鏡放在兩片振鏡之后，此處的聚焦鏡即為場鏡，可起到平場的作用，雙振鏡的焦點補償通常是通過準直鏡的移動來實現的。

4 激光飛行焊技術優勢

4.1 焊接效率高

與電阻點焊相比，使用激光飛行焊接，掃描頭的連續移動和掃描鏡激光焦點的快速定位，避免將點焊槍從一個焊接位置移動到另一個焊接位置，縮短了重新定位時間。在激光飛行焊工作范圍內，從起始點將聚焦激光光束重新定位到另一端只需要30ms。比如，對于鈑金件厚度0.6-1.8mm的車身，通常每個焊接點使用電阻點焊約3s完成，但使用激光飛行焊接用時不到0.4s且焊接效果優于電阻點焊，焊接效率提高了7倍。因此，激光飛行焊接的應用極大地提高了生產節拍。

4.2 焊縫強度高

激光飛行焊接焊縫形狀可以根據工藝要求靈活設計，常用的激光飛行焊焊縫為一字形焊縫或C型焊縫（如圖3所示）。與點焊、電弧焊相比，激光飛行焊接熔深大，焊縫強度高，焊接熱變形小，對門蓋類零件涉及外觀件呢槽、飾板的匹配，使總成的精度得到保證。

4.3 焊接邊小

相對于傳統的電阻點焊工藝，激光飛行焊接具有無接觸、靈活的焊縫特點，可使得焊接搭接面更小。傳統點焊為保證焊點質量，避免出現半點焊等焊接缺陷，車門窗框處最小焊接邊為12mm。而眾泰汽車研發的一款新車型車門窗框應用激光飛行焊接技術，其窗框焊接位置的焊接邊為5mm（如圖4所示）。

應用激光飛行焊接可以在一定程度上降低車身重量，同時能有效減小窗框處黑邊寬度，增大A柱視野，進而提升行車的安全性（如圖5所示）。

4.4 使用成本低

激光飛行焊接的耗材只有振鏡頭的保護鏡片、激光器冷卻水，且更換頻次低、價格便宜，所以使用成本遠低于電阻點焊和電弧焊。

激光飛行焊接工作過程不接觸工件，因此設備故障率及設備備件更換率很低，工作穩定。這意味著設備完成安裝調試后的后期投入很小[4]。

5 結論

本文主要是從眾泰汽車將激光飛行焊接成功應用于車門焊接上出發，闡述了激光飛行焊接的工作原理及優勢，隨著汽車焊接技術的不斷進步，基于車身輕量化及質量提升的考慮，后續將逐步推廣應用激光飛行焊接技術于車身焊接上。

參考文獻

[1] 張旭東，陳武柱.激光焊接技術進展及其在汽車制造中的應用[J].汽車新技術，2003.

[2] 李少華，康蓉媂.激光焊接技術及其應用[J].艦船防化，2011.

[3] 鐘建強，柳娟娟.汽車焊接技術在汽車制造領域的應用[J].科技資訊，2011.

[4] 張妍.激光焊接在白車身上的應用現狀[J].電焊機，2016.

[5] 姜海濤.激光飛行焊技術在汽車焊接領域的應用[J].金屬加工（熱加工），2017.