就連接批量生產(chǎn)的汽車車身所使用的鍍鋅鋼板而言，二極管激光釬焊是一種行之有效的方法。專為這一應用開發(fā)的釬焊光學元件，通過機器人沿著接縫移動。激光束通過光纖被傳輸?shù)焦鈱W元件中，而銅硅線（CuSi3）則在釬焊過程中熔化。
激光釬焊技術取得成功的關鍵，除了能提供類似于焊接所展現(xiàn)的穩(wěn)定性之外，主要在于其高質(zhì)量的接縫外觀。激光產(chǎn)生的釬焊縫以其光滑、潔凈的表面以及對部件的牢固連接而著稱，在視覺上極具吸引力，而且?guī)缀鯚o需后續(xù)處理，清洗后便可立即著色上漆。與傳統(tǒng)的連接技術不同，激光釬焊能實現(xiàn)這種獨特的接縫效果，無需額外的覆蓋件，也免去了相應的儲存和組裝工作。
然而，至少在一定程度上，激光釬焊技術現(xiàn)在已無法滿足人們所寄予的厚望。汽車制造商越來越多地轉向在車身上使用熱浸鍍鋅鋼板。熱浸鍍鋅比傳統(tǒng)的電鍍鋅更耐腐蝕，因而這種改變可以帶來技術和經(jīng)濟上的優(yōu)勢。
由于新的鋼板表面特性，激光釬焊已無法達到往常的效果?？拷涌p處的飛濺物越來越多，尤其是細微飛濺物，起初很難被察覺，但在噴漆后就暴露無疑。接縫本身的質(zhì)量也出現(xiàn)下降，由于變得更粗糙，常會顯示出所謂的小波紋，如果超量，甚至會超出接縫外觀可接受的標準范圍。這些工藝上的困難使得汽車制造商紛紛從分銷商處尋求替代方案。
圖1：三光點模塊被整合進Scansonic ALO3 釬焊光學元件（a）；優(yōu)化矩形光斑（或光斑）三光點模塊（b）。
在那時，已經(jīng)對使用矩形光斑而非傳統(tǒng)的圓形光斑的釬焊工藝進行了測評。為了在釬焊光學元件中產(chǎn)生矩形光斑，我們在Scansonic ALO3釬焊光學元件中添加了均質(zhì)化模塊（圖1）。Laserline公司使用這種均化器產(chǎn)生矩形光斑從而使激光功率增強到10 kW，這一技術至今已被使用多年。
三光點模塊技術
目標是產(chǎn)生一個矩形光斑，它所帶有的凹進處可供焊絲。第一種幾何結構并沒有直接帶來所期望的成功，但在一年之內(nèi)，就開發(fā)（包含幾個迭代階段）出了目前的三光點模塊，稱其為優(yōu)化矩形光斑（或光斑）模塊。在此解決方案中（圖1b），有兩個較小的光斑定位于主光斑的前方，用于燒蝕釬縫邊緣的鍍層。主光斑則熔化更大的范圍，直接順著一個獨立的進程，打造出所需的焊縫。
通過燒蝕接縫邊緣區(qū)域的鋅而使焊接過程變得平穩(wěn)，幾乎完全避免了飛濺物和小波紋的產(chǎn)生，從而得到了光滑而潔凈的接縫。
圖2：采用熱浸鍍鋅材料的釬焊測試結果為4.5 米/ 分鐘（a）。采用三光點模塊完成釬焊過程（b）。
通過釬焊光學裝置中的三光點模塊獲得的三束分布的激光具有多重有益的特性（圖2）。為實現(xiàn)上文所描述的平穩(wěn)的釬焊過程，必須保證三處光斑得到精確布局；而另一方面，準確調(diào)整好三處光斑的激光功率分布也十分重要。此外，還應根據(jù)具體應用（車頂或是后擋板）或接縫幾何形狀為三處光斑設置不同的功率分布方案。專利的三光點模塊具有對主光斑與前光斑、及兩處前光斑之間的功率分布進行無級調(diào)整的優(yōu)勢。
此外，憑借這一模塊，兩處前光斑之間的空間可以隨即調(diào)整。在觸覺式釬焊光學裝置中，三光點模塊直接位于集成旋轉軸之后，這也有特別用意。據(jù)介紹，由Scansonic擁有專利的觸覺式釬焊光學裝置已被投入應用了一段時間，可顯著降低潛在的焊縫缺陷。
機器人在路徑和組件的精度上存在局限，而夾持技術也并不總能保證完全相同的焊縫位置。光學裝置將焊絲用作焊縫跟蹤傳感器，而前部伸縮臂扭轉以配合焊縫跟蹤。轉動軸后，光束重新按45°鏡像定向，并跟隨焊絲指向。因為模塊集成于轉動軸后，生成的三處光斑總是正確朝向焊絲。因此，可以對帶機器人和光學裝置的釬焊過程進行編程。如果采用三芯光纖（市場有售）來生成三光斑，轉動軸必須被排除在外。當使用旋轉軸時，由于45°鏡像，前光斑將轉向主光斑軸，這將會引起工藝流程的波動。然而有了三光點模塊，就不再需要特種光纖或激光器了。
世界各地的幾乎所有大型汽車制造商都選擇Laserline二極管激光器用于釬焊。光束參數(shù)為60 mm-mrad的二極管激光器屬于標準型激光器，公司已開發(fā)出用于這些激光器的三光點模塊，因而可以使用多達六通道的標準激光器。此外，標準光纖可以通過即插即用方式插入，有利于在老式系統(tǒng)上配備三光點模塊。在大多數(shù)情況下，使用中的標準激光器只需變動光學元件即可。
由于所具備的各種優(yōu)勢功能，2016年初開始引入的三光點模塊已經(jīng)進入了汽車生產(chǎn)鏈?，F(xiàn)在，這種模塊被集成到幾個系列產(chǎn)品中。三光點概念為熱浸鍍鋅鋼板釬焊提供了一個采用常規(guī)生產(chǎn)工藝和技術實現(xiàn)高品質(zhì)的理想的解決方案。
鋁合金焊接應用
除了釬焊之外，鋁合金焊接是二極管激光器第二個最常見的應用。在過去五年里，數(shù)十個功率為4-6kW的二極管激光器系統(tǒng)已完成現(xiàn)場安裝。
圖3：奧迪Q5鋁合金后擋板，焊縫可見。
圖3顯示了后擋板的焊接外觀實例。部件幾何形狀、夾持技術和工藝過程類似于外表面的激光釬焊。然而，鋁合金焊接要求聚焦直徑更小，通常為0.6至0.9mm，以實現(xiàn)穿透焊。激光焊接也經(jīng)常用于結構部件。焊接后，焊縫無需二次修整即可直接噴漆。
三光點觸覺激光焊接
先前描述的典型鋁合金焊接工藝的特點是采用圓形光斑，直徑0.6 至0.9mm。激光通過φ為600μm 的光纖傳導，并通過放大倍率為0.9的觸覺光學裝置聚焦到工件，以實現(xiàn)穿透焊。圖4顯示了一個搭接角焊縫的橫截面，采用1.6mm 鋁硅合金（AlSi）填充焊絲，通常應用于裝配件的結構部位或不可見部位。
圖4：奧迪A6 鋁合金門上的縫焊和填角焊。
如果想要避免焊穿、根部凹陷，或是想要達到甲級焊縫表面，可以采用定制型的三光點模塊。它可以優(yōu)化熱流分布，從而改善焊縫的表面和截面。其工作原理同先前的釬焊部分。
圖5顯示了5xxx鋁合金測試取樣片的直邊填角焊結果， 采用了由Laserline公司的應用實驗室定制的三光點幾何形狀。對應于給定的機器人和焊絲速度的工藝窗口，功率3.8至4.6kW，速度4 m/min。當主光斑實施焊接時，附加圓形光斑在其前、后運行使焊縫順滑。因此，這些定制的光斑幾何形狀可將熱傳導焊與穿透焊的優(yōu)點結合在一起。光斑的中心部分熔開焊接部位，而其外圍的激光強度確?？涉敲罒醾鲗Ш傅捻樆缚p。
圖5：5xxx 鋁合金測試取樣片的直邊填角焊結果，采用定制的三光斑幾何形狀。
圖6顯示的是在轎廂頂部外殼上采用類似工藝的結果。定制的激光強度形狀和熱分布可實現(xiàn)非常光滑、牢固的焊縫。
圖6：在轎廂頂部外殼上采用三光點工藝的實例，可實現(xiàn)非常光滑、牢固的焊縫。
由于對鋁合金激光焊接基礎的了解已較為深入，因而進一步的改善很有可能發(fā)生在焊接過程的細節(jié)上，例如，光斑幾何形狀通過改變可被優(yōu)化到最佳狀態(tài)。憑借其穩(wěn)健、易于操作和高度模塊化的特點，二極管激光器致力為現(xiàn)代汽車產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造出更高的附加價值。
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