雷射拼焊

雷射拼焊是採用雷射能源，將若干不同材質、不同厚度、不同塗層的鋼材、不鏽鋼材、鋁合金材等進行自動拼合和焊接而形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性能的不同要求，用最輕的重量、最優結構和最佳性能實現裝備輕量化。

能源簡介

在歐美等已開發國家，雷射拼焊不僅在交通運輸裝備製造業中被使用，還在建築業、橋樑、家電板材焊接生產、軋鋼線鋼板焊接（連續軋制中的鋼板連線）等領域中被大量使用。

套用範圍

雷射拼焊板已廣泛套用於汽車製造業，採用雷射拼焊板工藝不僅能夠降低整車的製造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且可以減少外圍加強件數量，簡化裝配步驟，同時使車輛的碰撞能力、衝壓成型率和抗腐能力提高。此外，由於避免使用密封膠，也使其更具有環保性。

技術優勢

德國蒂森克虜伯雷射拼焊板有限公司從1985年開始生產拼焊板，雷射拼焊技術的出現使得汽車生產製造從整車製造商向材料供應商轉移。目前，雷射拼焊板主要套用於汽車製造業。在雷射焊接中，材料是對接而不是搭接，這將帶來如下焊縫特性：

（1）降低焊縫區域的體積，例如，焊縫寬度不超過0.5～1mm；

（2）不增加焊縫高度；

（3）對衝壓成形性能影響較小；

（4）在焊縫上附加鍍鋅後，可保持其陰極保護功能；

（5）焊接過程中，熱影響區小。

完成焊接後，焊縫區域的靜態、動態強度是非常重要的指標，因此，還需對焊縫區域抽樣，進行破壞性抗拉強度測試（杯突測試），以檢驗焊縫區的拉伸成形性能。一般來說，焊縫的拉伸強度比母材的強度要高。

雷射拼焊板工藝與傳統點焊搭接工藝的產品相比有諸多優勢：不僅降低了整車的製造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率，而且減少了外圍加強件數量，簡化了裝配步驟及工藝，同時使車輛的碰撞能力增強，衝壓成型率及抗腐能力提高。此外，由於避免使用密封膠，也為環保帶來利益。

技術套用

拼焊板已被廣泛的套用於車身部位，ULSAB（世界輕質鋼製車身協會）的最新研究結果表明：最新型的鋼製車身結構中，50%採用了拼焊板製造。

當雷射拼焊技術套用於車身側圍的製造，不再需要任何加強桿、加強筋及附屬的生產工藝，則重量和部件數量都會得到減少，而高延展性材料的套用也會使抗撞擊能力得到改進。同時，也不再需要加強板，在B柱上，拼焊板的套用可大大降低累積公差。

雷射拼焊板的採用，不僅提高了車門部件製成品質量的穩定性，使車門部件的調校不再是個難題，同時可降低部件的重量，而且原有接縫處密封措施的省略，也使其更具有環保性。此外，拼焊板在車門上的套用還使鉸接區域的剛性得到整體加強，車門的配合公差得到大幅改善。重量降低、生產工藝得到最佳化，則必然使成本下降。

奧迪A6的車身強度和剛度一直備受讚揚，國產全新奧迪A6L在原有基礎上進行了再次改進：採用了雷射拼焊技術的車身設計。新奧迪A6L經過強化的車身，其抗扭轉強度提高了34%。配合全新的車身、底盤設計加之採用先進雷射焊接技術的堅固車身結構，使國產全新奧迪A6L在遭遇碰撞時，預測的車身變形區、側面防撞保護梁以及合理的車內空間結構等能夠為乘客提供有效保護。這些看不到摸不著的設計和選材不但能降低車輛的製造成本和重量，還能在關鍵時刻最大限度地保護乘客的生命安全。

質量管理

（1）焊接檢測

質量檢測和保障系統為生產高質量的拼焊板提供保證，拼焊板的生產過程採用自動化生產線，以確保全全、經濟的生產，這就需要現代化的檢測儀器。早在1985年，德國蒂森克虜伯雷射拼焊板有限公司開始生產拼焊板的時候，就已經採用監測系統，現在，這套系統已經更完善。在焊接雷射頭的後面安裝一個焊縫監測系統，用來監測焊縫的質量，以保證焊縫符合質量要求。電漿監測系統被用來監測焊接過程的穩定性，計算機輔助系統可以在焊接過程中處理感測器提供的信號。

雷射拼焊板需要全自動或半自動的經濟型生產線，同時要採用現代技術來監測焊接過程和產品質量。為了滿足這些新的全自動生產任意拼接板的生產過程的要求，蒂森焊接技術有限公司、蒂森克虜伯鋼鐵有限公司的研究部門、蒂森克虜伯雷射技術有限公司以及蒂森諾邦有限公司在前期階段就提出了焊縫質量和生產過程管理自動評估的不同可能性，而開始經營的第一個雷射拼焊板工廠生產的第一塊雷射拼焊板就使用於奧迪100的底板上。近年來，這個技術在不同階段得到了進一步發展並被改進，它不僅可以控制焊接過程本身，而且可以用這項根據現有系統開發的最新一代技術來評估焊縫。其監測系統不僅能在高速焊接過程中監測焊縫幾何形狀上的缺陷，而且還能檢測極小的孔洞。

（2）評估系統

蒂森 LAM (雷射套用管理)與焊縫檢查系統相結合，不僅能查出趨向瑕疵，譬如不規則的幾何縫隙(縫隙入射, 邊緣位移, 根下陷)，而且還能查出小程度的瑕疵, 譬如氣孔和孔洞。光條紋和等離子感測器系統的結合已經以最佳狀態作為補充, 因此高測量率能保證在高焊接速度情況下，安全地查出輕微的有瑕疵的可能性。

一個電腦輔助的評估系統能自動評估感測器信號，包括在焊接過程期間。從而確定是否相關測量點的條件符合指定的要求, 或者是否導致接縫質量下落的偏差已經發生。在焊接過程期間, 焊縫的溫度由紅外測量登記。各任意拼接板被評估的感測器數據記錄被存放在一個短協定中，這意味著允許這個產品的質量用檔案來證明。

一個完整的錯誤偵查系統可警告操作員在全自動焊接設施中發生的所有機械缺點，這個質量管理和監控系統被擴大為針對非線性雷射焊接生產的新設備概念。感測器安置在焊接頭前能夠查出將要被焊接板料的連線邊緣，不僅允許查明連線邊緣的確切位置, 而且允許測量板料之間的重疊。當查明的重疊測量超出一個被預定的極限值時，將會警告操作員, 並且自動整理出空隙。另外，運用這種設備，連線邊緣的偵查信號也被用於精確地辨別和調整連線邊緣的雷射束。

技術趨勢

未來雷射焊接技術將會採用哪種方式？答案有兩個：一種是演變, 改進現有技術。這意味著針對發展雷射焊接將會有一種新的雷射源——纖維雷射，這是一種設有靈活的纖維諧振器的雷射，輸入能量比率遠遠高於輸出能量，整個設備將比較緊湊。大功率纖維雷射的另一個好處在於模件建造，許多功率大約為300～500W的纖維諧振器，如果發生技術漏洞，更換一個合適的模組非常容易。在這種情況下，由於雷射工作的時間比較長，因此也不需要配備一個訓練有素的技術員。

另一種是在一些以電阻螺柱焊接為主的地區介紹的雷射焊接方式——“交替龍門焊接”，當焊接時間超過50%的工作時間時，雷射焊接裝置更為節省。在套用方面, 現在正在套用電阻螺柱焊接，解決這個問題的辦法是一種規定有兩個焊接交替配置的雷射。當一個配置的焊接正在運行時,另一個配置處處理頭向下一個焊接位置移動，在這以後雷射將轉至另一個焊接配置，這項技術已由蒂森克虜伯引進。

然而，除此之外針對汽車製造商也將會出現完全新式的使世界焊接領域發生革命性變化的焊接技術，如摩擦焊接。它的優勢是只需能夠焊接兩個零件必要的低能量輸入即可，而熱量變形較低。由於溫度非常低, 因此，焊縫不會比材料堅硬。但也有不足之處：高強度壓力和快速自轉要求必須要很好地固定住金屬零件。目前，只有幾家公司採用這項技術來焊接鋁。但無論從哪個角度來說，雷射拼焊技術將會是未來車身焊接技術的發展方向！