图1  通快激光网络提高激光器驾动率

在汽车钣金行业，激光焊接工艺的应用十分广泛。激光焊接工艺不仅具有焊接质量好、精度高及变形低等特点，而且能有效地减少焊后的打磨等工序，可大大提高生产效率，并降低产品的单件成本。

钣金行业现状

作为为国民经济发展和国防建设提供技术装备的基础性、支柱性产业，钣金加工业目前已成为我国规模最大的产业门类之一。近年来随着国内机械制造行业，如精密仪器、汽车及造船等行业的高速发展，也带动了钣金加工行业的快速发展。目前，国内在经济发展较快的地区和制造业发达的地区都出现了钣金行业集群。在珠江三角洲、长江三角洲以及环渤海经济区，都出现了规模庞大的产业集群，并已在当地形成了一个产业链。

图2  不同的激光加工，对光束质量/功率的要求不同

钣金加工行业目前普遍引入了加工配送的理念，采用原材料采购—切割（冲裁）下料—折弯成形—焊接—打磨—喷涂—包装—配送一体化服务，免去了制造企业采购原材料、运输等繁杂程序，从而使制造企业更加专注于新技术的开发和市场动向的研究，并反过来推动了制造行业的发展。

钣金行业面临的问题

目前，钣金加工行业处于快速发展时期，通过引进国内外高技术柔性钣金加工装备，如激光切割机、数控冲床及高精度折弯机等，行业技术水平较几年前已经明显提高。但是，作为钣金加工无法避免的一个环节——焊接，普遍还是采用氩弧焊和气保焊。由于焊接时热输入量很大，容易导致工件变形，无法满足高精度要求的产品。一般需要打磨等后处理工艺，耗时耗力，随着人工成本日益高涨，打磨的成本已经成为必须要控制的环节。同时，工作环境中产生的粉尘对人体有一定伤害，也使得工人不愿在这一岗位长期工作，可以预见，未来几年钣金行业将面临人才短缺的危机。一个典型的钣金加工厂，花在焊接和打磨上的工时占所有工时的50％～70％。钣金行业要提高工艺水平，降低生产成本，吸引人才，提高企业竞争力，必须要从根本上改善焊接工艺。目前，在钣金行业比较发达的德国等国家，自动化激光焊接工艺得到普遍采用。

图3  通快直接二极管激光器TruDiode用于常规焊接

激光焊接的特点和优势

激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率且高速度的焊接方法，日益受到人们的关注。目前，该技术已经广泛应用在汽车、钢铁、电子及船舶制造等行业。激光焊接的特点主要包括：

1.激光焊接热输入量少，热影响区域较小，不容易引起变形，可进行精密加工。

2.焊点小、焊缝窄且整齐美观，焊后无需处理或只需简单处理工序，提高了工作效率和成功率。

3.焊接速度快，提高了生产效率。

4.激光通过光纤传导，激光焊接过程易于实现自动化焊接，重复性好，降低人为因素导致的误差。

5.一台激光器支持多路输出行程激光网络，提高了激光器的驾动率和生产效率(见图1）。

图4  通快TruDiode激光器用于三维激光焊接

适用于钣金加工的激光器

目前，用于材料加工的激光器种类包括：CO2激光器、灯泵浦YAG激光器、碟片激光器、光纤激光器和直接二极管激光器。没有任何一种激光器能够胜任所有材料加工，需要根据具体的加工要求选择合适的激光器。如图2所示，不同的激光应用对于激光功率和光束质量的要求各不相同。

对钣金进行激光焊接主要有两种方式：远程扫描焊接和传统焊接。远程扫描焊接通过机器人带动振镜头在工件上方移动，而激光束运动是通过振镜扫描来完成，工作距离远，需要较高的光束质量。

远程扫描焊接方式焊接效率高，适用于大规模生产，目前在汽车钣金行业应用非常广泛，所使用的激光器主要是通快公司4～6.6kW的碟片式激光器，光束质量为8mm×mrad。

图5  不锈钢样品

然而，对于主要为机械制造配套的钣金加工来说，往往面临数量少、样式多及结构复杂的特点，还是要采用常规的激光焊接方式——机器人带动标准聚焦镜头，光束运动通过机器人运动来实现。选择这种方式焊接不锈钢，采用惰性气体（一般为氩气或氮气）保护进行热传导焊接，可以得到非常光亮的焊接表面，一般情况下不需要打磨等后续环节。对于常规焊接，采用标准聚焦镜头，并不需要很好的光束质量，目前最理想的用于常规激光焊接的激光器是直接二极管激光器（见图3）。通快公司的2kW直接二极管激光器TruDiode2006光束质量为30mm×mrad，插头效率接近40%，二极管模块采用被动冷却方式，已经不再是消耗品。目前，在国内外TruDiode激光器已经成功应用于钣金件的三维焊接（见图4）。

成本效益分析

虽然激光焊接工艺的初期投资成本较高，但是激光焊接应用于高度自动化、大规模量产的行业已经证明是非常成功的，能够大大提高生产效率，提升产品质量，并降低单件成本。然而，在中小规模的钣金加工企业，由于经常面对的情况是款式多、数量少，很多人担心成本效益的问题，所以大多数人还是采用氩弧焊的方式。就运行成本而言，氩弧焊虽然具有较低的夹具费用和操作费用，但是后续打磨需要大量工时。随着中国沿海地区逐步告别低劳动成本时代，打磨环节的费用会越来越高。事实上，如果加工的产品数量达到一定规模，激光焊接的成本并不一定比氩弧焊成本高。下面就以图5所示的样品来计算氩弧焊和激光焊的成本。

从表中的计算可以看出，当同一工件的数量超过50件时，激光焊接的单件成本低于氩弧焊的单件成本。

结语

目前，钣金加工行业处于快速发展时期，各企业面临提升技术水平和产品工艺，同时提高生产效率的课题。焊接工艺作为钣金加工中重要的环节，已经成为制约钣金加工业发展的瓶颈。采用激光焊接工艺，能够极大地改善产品焊接质量，提高生产效率并且降低成本，是增强钣金加工企业竞争力的利器。