使用不等厚板是目前最成熟最廣泛應用的的優化車身結構設計方法，而不等厚板則是采用的激光拚焊實現的。

　　

輕量化的材料，目前最常用的有熱成型和鋁合金。熱成型材料由於硬度太高
，需要激光切孔和修邊；鋁合金焊接的最佳方式也是激光。

　　

而er車che身shen零ling部bu件jian之zhi間jian的de連lian接jie
，采cai用yong激ji光guang焊han接jie也ye可ke以yi減jian小xiao法fa蘭lan寬kuan度du，減jian輕qing重zhong量liang。包bao括kuo汽qi車che上shang其qi他ta各ge種zhong部bu件jian，如ru汽qi車che座zuo椅yi的de焊han接jie，也ye越yue來lai越yue多duo的de采cai用yong激ji光guang焊han接jie來lai實shi現xian輕qing量liang化hua。

　　

以上所有這些激光加工工藝
，TruDisk碟片式激光器都可以完美勝任！

　　

　　

激(ji)光(guang)拚(pin)焊(han)是(shi)汽(qi)車(che)車(che)身(shen)零(ling)部(bu)件(jian)中(zhong)較(jiao)早(zao)的(de)激(ji)光(guang)應(ying)用(yong)。其(qi)優(you)點(dian)是(shi)可(ke)以(yi)將(jiang)兩(liang)種(zhong)或(huo)者(zhe)多(duo)種(zhong)厚(hou)度(du)的(de)板(ban)材(cai)拚(pin)焊(han)起(qi)來(lai)，在(zai)滿(man)足(zu)車(che)身(shen)上(shang)各(ge)個(ge)部(bu)位(wei)的(de)不(bu)同(tong)強(qiang)度(du)要(yao)求(qiu)的(de)同(tong)時(shi)，減(jian)輕(qing)車(che)身(shen)的(de)重(zhong)量(liang)。由(you)於(yu)激(ji)光(guang)拚(pin)焊(han)有(you)著(zhe)悠(you)久(jiu)的(de)曆(li)史(shi)，其(qi)使(shi)用(yong)的(de)激(ji)光(guang)源(yuan)也(ye)一(yi)直(zhi)在(zai)不(bu)斷(duan)演(yan)進(jin)。從(cong)1980年代的二氧化碳激光器
，到2000年後的燈管泵浦固體激光器，直到2006年後開始使用TruDisk激光器。

　　

由於TruDisk碟片激光器轉換效率高（>30%），維護成本低（僅水循環係統需要維護），較早的激光拚焊線上的二氧化碳激光器和燈管泵浦固體激光器也都已經更換為最新的TruDisk激光器。根據寶鋼的成本核算
，更換新激光器的成本，在3年內即可通過節省使用成本的方式收回投資。

　　

激ji光guang拚pin焊han板ban與yu熱re成cheng型xing材cai料liao都dou是shi汽qi車che輕qing量liang化hua的de重zhong要yao技ji術shu。兩liang種zhong技ji術shu的de結jie合he使shi用yong，將jiang不bu同tong厚hou度du的de鋼gang板ban拚pin焊han之zhi後hou再zai進jin行xing熱re成cheng型xing處chu理li，能neng夠gou更geng進jin一yi步bu優you化hua車che身shen的de強qiang度du分fen布bu，從cong而er減jian輕qing重zhong量liang。

　　

圖1
，含鋁矽元素的焊縫

　　

為了防腐蝕，大多數的熱成型材料都有鋁矽塗層。而在激光焊接過程中，鋁矽塗層將在焊縫中形成FeAl合金金相（如圖1所示），從而導致激光焊縫無法通過抗拉強度測試。因而
，在激光焊接前必須去除鋁矽塗層。

　　

最常見的鋁矽塗層厚度是20μm（如圖2所示）。而在塗層與母材中間
，會形成一層成分為FeAl3 和 Fe2Al5的合金層，其熔點高於鋁矽塗層，達到1000~1100℃。因而在剝除塗層過程中
，可以通過精確控製激光工藝參數，保留熔點較高的合金層，以保留零件的防腐蝕新能。

　　

圖2 ，鋁矽塗層被剝除後的鋼板邊緣

　　

這種剝除工業采用的是一種短脈衝的激光器：TruMicro 7060。其脈衝寬度為納秒量級，最大脈衝能量達80mJ，平均功率為850W。而這種TruMicro激光器也是在碟片激光器平台上開發而來的，即在碟片激光器諧振腔內部增加調Q開關來獲得納秒級短脈衝（如圖3所示）。

　　

圖3，TruMicro 激光器諧振腔

　　

TruMicro 7060激光器可通過方形光纖和特殊鏡頭

，獲得線型光斑，以在塗層剝除時達到更高的能量利用率。這樣，塗層剝除速度可達5cm2/s。也就是說，在剝除1mm的邊緣寬度時，其線速度可達500mm/s，即30m/min。對於拚板焊，兩塊板的兩麵都需要進行塗層剝除
，這樣，整個工序的剝除速度可達即7.5m/min。這一速度正好與常見的激光拚焊速度匹配。所以這種剝除工藝可以被集成到激光拚焊生產線中，實現完美的在線生產。

　　

圖4，用於激光飛行焊的TruDisk激光器+PFO振鏡

 

　　

除(chu)了(le)激(ji)光(guang)拚(pin)焊(han)，激(ji)光(guang)飛(fei)行(xing)焊(han)也(ye)已(yi)經(jing)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)汽(qi)車(che)車(che)身(shen)及(ji)其(qi)他(ta)零(ling)部(bu)件(jian)的(de)焊(han)接(jie)。激(ji)光(guang)飛(fei)行(xing)焊(han)是(shi)將(jiang)振(zhen)鏡(jing)焊(han)接(jie)頭(tou)與(yu)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)運(yun)動(dong)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)，實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)靈(ling)活(huo)的(de)激(ji)光(guang)焊(han)接(jie)。振(zhen)鏡(jing)（PFO）及飛行焊的原理見圖4、5、6。其中PFO可ke以yi通tong過guo兩liang片pian鏡jing片pian的de旋xuan轉zhuan
，實shi現xian激ji光guang焦jiao點dian在zai工gong件jian上shang的de快kuai速su靈ling活huo移yi動dong和he定ding位wei，可ke以yi大da大da提ti供gong激ji光guang焊han接jie時shi的de動dong態tai性xing能neng
，更geng加jia高gao效xiao。而er機ji器qi人ren則ze可ke以yi擴kuo展zhan焊han接jie範fan圍wei，以yi實shi現xian更geng大da零ling件jian的de焊han接jie。兩liang者zhe的de結jie合he，則ze可ke以yi實shi現xian優you勢shi互hu補bu，達da到dao高gao效xiao、靈活、低成本的激光焊接。

　　

圖5
，PFO振鏡原理

　　

圖6
，激光飛行焊原理

　　

相比於傳統的電阻電焊，激光飛行焊接有如下優勢：

　　

● 焊接所需法蘭寬度小
，可節省材料，減輕重量
；

● 焊縫形狀和方向可以根據零件進行靈活編程設定
，以達到最佳的應力分布；

● 由於激光焊縫強度更強，可用更少的焊縫數量達到零件強度要求
；

● 生產效率高：激光束從一個焊縫位置跳轉至下一條焊縫位置隻需<35ms，基本消除非焊接時間，大大減小生產節拍，提供生產率，降低單件生產成本。

● 實現相同產能所需設備數量大大減少
，減小設備占地麵積。

　　

在汽車車身上，激光飛行焊常用於車門、側(ce)圍(wei)等(deng)部(bu)件(jian)的(de)焊(han)接(jie)。例(li)如(ru)車(che)門(men)采(cai)用(yong)激(ji)光(guang)飛(fei)行(xing)焊(han)接(jie)，可(ke)以(yi)減(jian)小(xiao)窗(chuang)框(kuang)寬(kuan)度(du)
，增(zeng)大(da)窗(chuang)戶(hu)麵(mian)積(ji)，減(jian)輕(qing)車(che)門(men)重(zhong)量(liang)
，同(tong)時(shi)提(ti)供(gong)生(sheng)產(chan)效(xiao)率(lv)。根(gen)據(ju)奔(ben)馳(chi)的(de)實(shi)際(ji)使(shi)用(yong)經(jing)驗(yan)，一(yi)套(tao)激(ji)光(guang)飛(fei)行(xing)焊(han)接(jie)係(xi)統(tong)可(ke)替(ti)代(dai)10套電阻電焊。

　　

此外，激光飛行焊也已經在汽車零部件的焊接上廣泛應用，比如汽車座椅部
、麵板支架等部件的焊接。

　　

　　

熱(re)成(cheng)型(xing)零(ling)件(jian)由(you)於(yu)硬(ying)度(du)高(gao)，通(tong)過(guo)傳(chuan)統(tong)衝(chong)壓(ya)方(fang)式(shi)進(jin)行(xing)衝(chong)孔(kong)和(he)切(qie)邊(bian)會(hui)導(dao)致(zhi)模(mo)具(ju)快(kuai)速(su)損(sun)傷(shang)，成(cheng)本(ben)非(fei)常(chang)高(gao)。而(er)激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)則(ze)對(dui)材(cai)料(liao)的(de)硬(ying)度(du)完(wan)全(quan)不(bu)敏(min)感(gan)，目(mu)前(qian)已(yi)經(jing)是(shi)熱(re)成(cheng)型(xing)生(sheng)產(chan)線(xian)中(zhong)標(biao)準(zhun)的(de)工(gong)序(xu)。針(zhen)對(dui)這(zhe)一(yi)應(ying)用(yong)
，通(tong)快(kuai)專(zhuan)門(men)開(kai)發(fa)了(le)三(san)維(wei)五(wu)軸(zhou)激(ji)光(guang)切(qie)割(ge)機(ji)床(chuang)TruLaser Cell 8030，其使用的也是TruDisk激光器，最通用的型號是TruDisk 3001

，激光功率為3kw。

　　

圖7，TruDisk 2000與TruDisk 3001的切割成本對比

　　

為了降低單件加工成本，我們也開發了采用2kw激光器TruDisk 2000的激光切割工藝。雖TruDisk 2000的激光功率隻有TruDisk 3001的2/3
，但其功率密度卻非常接近，因為它的光纖更細
，芯徑隻有50μm。因此，對於一些較薄零件的切割，TruDisk 2000的切割時間隻比TruDisk 3001多了2%
，而單件加工成本卻最多可以降低6%（圖7），其投資成本和能耗更低。

　　

小結

　　

激(ji)光(guang)已(yi)經(jing)成(cheng)為(wei)汽(qi)車(che)輕(qing)量(liang)化(hua)所(suo)必(bi)需(xu)的(de)一(yi)種(zhong)工(gong)具(ju)。由(you)於(yu)各(ge)種(zhong)激(ji)光(guang)的(de)各(ge)種(zhong)特(te)性(xing)和(he)優(you)勢(shi)
，其(qi)應(ying)用(yong)將(jiang)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)廣(guang)泛(fan)。而(er)激(ji)光(guang)加(jia)工(gong)的(de)發(fa)展(zhan)方(fang)向(xiang)必(bi)然(ran)是(shi)更(geng)加(jia)高(gao)效(xiao)、更加靈活和更低的成本。TruDisk激光器正順應了這一趨勢，從1999 年的第一代碟片激光器
， 到最新的6C係列TruDisk激光器，其激光功率越來越高，能耗卻越來越低，體積也越來越小。相信下一代的TruDisk激光器將會有更大的進步。