本文综述了近年来国内外激光焊接技术领域研究和应用的一些进展，重点包括激光焊接过程检测方法、焦点位置闭环控制和激光－电弧复合焊技术。并介绍了激光焊接在汽车零件和车身制造领域的典型应用。
1、引言
激光焊接从上世纪60 年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近40 年的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。这也是激光焊接能够吸引国内外越来越多的科技人员从事研究和技术开发的原因。本文综述了近年来国内外激光焊接技术领域研究和应用的一些进展，并介绍了激光焊接在汽车零件和车身制造领域的典型应用。
2、激光焊接技术的进展
2.1 激光器技术
在汽车制造和其它工业生产中广泛应用的大功率激光器主要包括两类，CO2激光器和Nd:YAG 激光器，而大功率半导体激光器在焊接领域的研究还处于起步阶段。
(1) CO2激光器
用于大熔深激光焊接的CO2激光器一般以连续方式工作，主要包括快轴流和Slab型两种类型。同快轴流激光器相比，Slab型激光器具有结构紧凑、气体消耗量少、维护成本低的特点。目前世界上CO2激光器最大输出功率为45kW，工业生产中应用的激光器输出功率范围约在700W至12kW之间。
我国目前可以自主生产的快轴流激光器最大输出功率为3kW。
(2) Nd:YAG 激光器
Nd:YAG激光可以通过光纤传输，在柔性制造系统或远程加工场合更具有适应性。目前国外Nd：YAG激光器的最大输出功率达10kW，而包括汽车在内的工业生产中应用较多的则是3kW和4kW的Nd:YAG激光器。最近几年，半导体泵浦的Nd:YAG激光器制造技术有了飞速发展，最大输出功率已经达到和氙灯泵浦的Nd:YAG 激光器同样级别。例如，Trumpf 公司生产的氙灯泵浦Nd:YAG 激光器的输出功率最大为5500W，而半导体泵浦的Nd:YAG 激光器最大输出功率已达到6000W。
我国在大功率Nd:YAG 激光器技术方面还相当落后，目前还不能自主生产千瓦级Nd:YAG 激光器。
(3) 半导体激光器
半导体激光器具有波长短、重量轻、转换效率高、运行成本低、寿命长的特点，是未来激光器发展的重要方向之一。国外学者已经开始了利用大功率半导体激光器进行铝合金焊接的研究工作，可以获得2mm的焊接熔深。但半导体激光器面临的最大问题是光束模式差，光斑大，因此功率密度较低，这是半导体激光器今后用于工业生产必须解决的问题。
2.2 激光焊接过程监测与质量控制
激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容，利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光焊接过程。
图1 激光焊接过程检测原理示意图
上一篇：未来汽车工业中的冲压技术
