作為在當(dāng)代汽車制造中廣泛使用的工藝,，激光焊接在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用起步于變速器齒輪等核心部件,。這些部件的焊接要求精度高、形變小,、材料變性少,、表面整潔度高，因此*采用了當(dāng)時成本高昂的激光焊接技術(shù),。隨著高功率激光器的發(fā)展,，激光焊接逐步在白車身制造、新能源電池組制造等領(lǐng)域成為重要制造工藝,。
在白車身的制造中,，激光焊接可用于多種金屬件的焊接，包括車身框架結(jié)構(gòu),、頂蓋,、側(cè)圍等。焊接工藝包括搭焊,、釬焊,、激光-電弧復(fù)合焊等；焊接材料包括各類鋼材,、鋁合金,。與傳統(tǒng)的點焊相比，激光焊接的優(yōu)點是工件變形極小,，焊接深度/寬度比高,，焊縫強度高，焊接速度快,，焊縫窄,，且通常表面狀態(tài)好，靈活性高,。采用激光焊接可顯著增加車身剛度,、降低車身重量，同時允許更靈活的結(jié)構(gòu)件形狀和工藝,，從而降低整車成本,。憑借眾多優(yōu)點，近十年以來,，激光焊接在白車身制造加工的焊接工藝中占比越來越高,，逐步取代傳統(tǒng)的點焊工藝。
白車身激光焊接通常用機器手持導(dǎo)光臂與焊接頭，工件裝載到位后,，在軟件控制下機器手沿焊線運動完成焊接,。
圖1 白車身激光焊接生產(chǎn)線
隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展，在電動汽車制造過程中,，激光焊接的應(yīng)用又有進一步拓展,。為了生產(chǎn)緊湊型電池組，需要將單個電池高質(zhì)量焊接在一起,，以便將它們串聯(lián)或并聯(lián),。連接各個電池的焊接電觸點必須具有非常高的質(zhì)量，因為電池必須承受環(huán)境的挑戰(zhàn) — 如季節(jié)性溫度波動帶來的形變,，行駛甚至是碰撞引起的巨大沖擊和震動,。此外，它通常是電動汽車中較為昂貴的單一部件,，整車的可靠性和穩(wěn)定性由電池決定,；同時，確保對制造稀土所需的稀土進行負責(zé)任的管理,，即使在其移動使用壽命結(jié)束后,，電池仍應(yīng)可以利用，例如作為風(fēng)能或太陽能系統(tǒng)產(chǎn)生的電力儲存,。所有焊接必須始終以*的精度和可靠性執(zhí)行,；因此，激光焊接是電動汽車電池組焊接工藝的良好選擇,，而激光器的輸出特性必須時時加以監(jiān)控,。
圖2 電動汽車電池組示意圖
無論采用哪種激光焊接工藝，焊點或接縫的質(zhì)量對所生產(chǎn)的部件的安全性和可靠性產(chǎn)生決定性影響,，并終影響整車的安全性和可靠性,。激光焊接設(shè)備的制造商和應(yīng)用商必須確保其設(shè)備在自動化生產(chǎn)線上能夠正常工作，尤其是激光器的參數(shù)特性在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中保持穩(wěn)定,，以實現(xiàn)良好的焊接工藝并確保其一致性,；當(dāng)激光性能衰減時，要能夠盡早發(fā)現(xiàn)以盡快啟動預(yù)案,，避免設(shè)備檢修停機帶來的時間浪費。
激光的功率是了解激光系統(tǒng)是否正常工作的重要指標,，因此定期對焊接頭輸出的激光功率進行測量是確保焊接工藝穩(wěn)定性和一致性的重要方法,。但對于汽車工業(yè)廣泛使用的萬瓦級的激光，常規(guī)測量是復(fù)雜,、繁冗,、耗時的 — 激光功率計需要專人操作，需要配置水冷，探頭位置需要精心擺放以避免探頭損傷同時確保激光安全,，需要數(shù)分鐘才能夠達到穩(wěn)定的讀數(shù)......在爭分奪秒的整車生產(chǎn)線上,，定期停機測量激光功率是嚴重的浪費。
如何能夠兼顧高質(zhì)量和高效率,？Ophir公司專門針對高功率自動化焊接生產(chǎn)線開發(fā)了HELIOS 激光功率計,。不同于傳統(tǒng)的激光功率計，HELIOS只需要0.1 ~ 10秒的時間來測量激光的能量,，從而獲知激光的平均功率,；這樣可以在焊接生產(chǎn)線上，利用工件裝載的空閑時間,，通過機械手將焊接頭移動到功率計探頭上,，開啟激光數(shù)秒完成測量，然后立即進行下一次加工,。
這種巧妙的方式可實現(xiàn)高達12kW激光的全功率實時,、在線測量。同時,，由于其瞬時測量方式,，儀器不需要水冷或風(fēng)冷，適合工業(yè)現(xiàn)場使用,；入口具備可程控快門,，避免現(xiàn)場粉塵、飛濺物損傷功率計探頭,。
數(shù)據(jù)可通過Profinet,，Ethernet，RS232或USB接口傳輸至自動控制系統(tǒng),，一旦激光在加工平面上的功率超出公差范圍,，就可以立即采取對策來確保生產(chǎn)質(zhì)量。
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圖3 HELIOS功率計和軟件
需要關(guān)于高功率激光器加工區(qū)更完整的信息,？OPHIR提供Beam Watch激光焦斑測量儀,，*非接觸式在線測量激光聚焦后的焦點位置、尺寸,，并可根據(jù)激光功率測值計算功率焦點功率密度,。一旦激光參數(shù)有變，用戶將可以立即做出響應(yīng),。
圖4 Beam Watch 高功率激光焦斑測量儀及測量結(jié)果示意
汽車行業(yè)只是激光加工蓬勃發(fā)展的一個縮影,。在微電子與集成電路、消費電子,、平板顯示,、光伏,、醫(yī)療美容、醫(yī)用材料及器件加工,、航空航天,、快速消費品等等領(lǐng)域，激光加工都在成為*的技術(shù)手段,。實時,、準確、便利的激光參數(shù)測量不僅能確保產(chǎn)品的品質(zhì)和一致性,，更能提高效率和產(chǎn)能,。敬請垂詢先鋒科技，我們?yōu)槟峁I(yè)的激光測量和監(jiān)控方案,。
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