激光焊接在汽车领域扎根，并向更广泛领域拓展
随着高强钢(HSS)和铝的使用率的提高，焊接过程变得愈加复杂。林肯电气公司工程与激光应用专家Paul Denney说：“我们面临的最大问题是：燃料使用效率标准(CAFE)对燃料效率的提高，带来的对设计和材料的变更。”
“在主要焊接中等强度的碳钢方面，现在比过去更具挑战性。不仅如此，不同材料通常会被涂上锌、热浸或者电镀，使焊接变得更有趣。”
受许多供货商热捧的一种方法就是复合激光焊。林肯电气汽车全球业务部主管David Park补充说，“激光焊接已经存在有一阵了，复合激光焊只是激光焊接的一个变体。”
展望激光复合焊的未来
那么激光复合焊的前景会如何？Denney解释说，“激光焊接术在汽车部门的各领域已经被使用过一段时间了，OEM制造商和供应商们广泛用于激光切割和激光焊接。我们也把激光复合焊用于综合气体保护焊、激光、还有带电电线。大多数情况，这种尝试都会高速和高效。但是当我们应对难焊材料时，这仍是焊接方面的难题。
“这里有许多障碍，比如设计和规格的变更。汽车标准零件往往具有很大缝隙。当你把液体金属通过焊接注入焊缝时，有时接头配置很不尽人意。你可以使用激光复合焊，要比电弧焊的速度快一倍。但是你得掂量激光复合焊接系统的成本，经济上很难持平。”
激光复合焊的实例
目标就是开发更好更强大的焊接工艺。Fronius国际，大功率焊接队组长Herbert Staufer解释说，“在技术方面，高速和间隙桥接能力都是重要因素。然而，传统激光焊接工艺无法同时成全这两种要求。所以，一种混合工艺应运而生，即激光复合焊，或叫‘激光铜焊’”。
“毫无疑问，激光束和气体保护电弧焊都已经成型，广泛用于焊接技术。然而，新的发展和协同增效需要结合这两种工艺。激光辐射会在焊接深度和接缝宽度上，以高频率造成非常狭窄的热影响区。
“以激光焊接工艺而言，由于小焦点直径，缝隙桥接能力非常低，但是焊接速度非常快。气体保护电弧焊工艺的特点是，可以明显降低能量密度，在材料表面留下更大的焦斑，以及出色的缝隙桥接能力。”
金钱问题
一旦证实了质量和可重复型的性能，在汽车行业采用新技术就落到成本问题上了。ESAB生产部经理Ed Hansen说，“有一个汽车业实例，在现有生产里添加新技术产生的成本，我们整整进行了四年的分期偿还。但是，如果公司对产品重新设计，分期偿还期限会降到一年以下。多亏减少材料的使用。”
复合激光焊尤其适用于高产能利用的大规模产品焊接。Hansen补充说，“在实践应用中，复合激光焊比传统的工艺快上3至10倍。而且我们也看到，在重量敏感方面的应用，和循环载荷情况下显著提高疲劳寿命方面大有裨益，如汽车悬架、高压容器，和桥接组件等。”
高功率固体激光器的持续开发，使混合激光焊具有小形状系数、高效、低成本的优点。Hansen继续道，“我们在2001年过渡到固体激光器，能够在工业设置上运用这项技术。新的技术，尤其是光纤传送，使我们把工艺整合到传统的运动系统 - 机器人、台架，和自动化 - 都被广泛接受。
“现在，我们还面临高强钢、铝和涂层材料在力量和疲劳寿命方面的不足的问题。”
– 林肯电气，David Park
“新的效率标准和高燃料价格推动高结构强度发展。复合激光焊在钢铁和铝材质的汽车工程技术上，实现了减少畸变量、降低重量、和高强度合金。在一项最近的项目中，一个汽车商在对产品的重新设计上，使用了复合激光焊。这样不仅提高了构架的耐碰撞性，而且减重40%。通常来讲，汽车制造商的成本在使用高强度材料时会上升，但是当整机重量都降低时，就会物有所值了。”
汽车摇摆瘦身
长距离激光焊接被广泛使用，成为汽车业焊接首选。因为激光能迅速连接焊接点和各种几何接缝，既准确有灵活，凸缘小，重量又轻。但是长距离激光焊接还是有一个缺点：它无法焊接对接接缝，因为没有添加焊补材料的方法。但是现在，有一种在汽车界内所接受的新方法。
新方法能够克服这种难题，因为激光束并不是沿着接缝直线移动，而是左右摆动。螺旋移动的激光束，可以熔化接缝两端的材料，并且加宽熔化槽。液体金属代替焊丝作为额外的焊补材料，并能桥接更大的缝隙。它使研发者更自如地进行设计，而且减少重量，排除对额外材料的需要，同时也节省了时间。
激光搅拌焊接需要使用3D扫描光学器件，如Trumpf公司第二代PRO 3D。摇摆型长距离焊接工艺可以通过聚焦光学器件来进行编程。内置的两个镜子可以沿着X和Y轴定位激光束。安置一个可移动镜头在准直器和第一个扫描镜之间，沿着Z轴追踪光束，可使移动更自如。这种灵活性能使摇摆的几何体支撑任何部件，甚至是角形截面，而那些小镜头可以按照需要在三维界面进行焦点定位。
这种新的长距离焊接方法在汽车业深受欢迎 - 这不奇怪，因为它更快、更准、节省焊补材料、而且需要较少缝合准备。试验表明，是摇摆效果的速度（激光束搅拌熔化槽达到一定进给率的速度）影响缝隙填补能力。在提高每个测试过厚度的片材接缝能力时，摇摆速度越慢，焊缝坍塌的几率就越小，然后再底切。通过改变圈的宽度来改变摆动几何体，结果是一样的。
冲模业务的Thorge Hammer说，“摇摆焊接法意味着我们可以实现比以往更大的缝隙焊接，我们可以处理MIG和MAG的焊接设计，而不需要另作调整。”
在过去，0.2mm是所能焊接的最大缝隙。Hammer补充道，“最近我们可以焊接0.5mm宽缝隙的装配台。”公司利用这项技术进行部件装配，如Golf发动机和动力系统的座位支架和装配台。座位支架是由0.7mm深长的中等强度钢板制成的。为了制作装配台，大众公司把3mm流注型钢板焊到3mm厚的框架上。Hammer说，“这种在三维空间移动的能力，使我们能够进行对组件的底切激光焊接。”
汽车制造商已经看到这种技术在制造其他组件方面的潜力。初期的试验还在进行中，会继续关注如何更有效使用摇摆焊接方法来生产这些组件。汽车制造面临的下一个难关就是找到合适的用途。
当感应遇上激光
今天许多成功的焊接工艺都使用感应，尤其是在预热过程。当激光深层穿透焊接高碳钢时，极小的激光热度输入会有一个下降趋势。冰冷的工件会冷却对接焊缝，产生硬化和质量缺陷，如热度产生的区域裂纹。照惯例，预热要把整个组件放进火炉进行。但是，有了感应技术，高温会在特定区域内瞬间产生。
在Hüttinger Elektronik的Trumpf分公司感应销售代表Georg Schneider说，“咋一看，感应并不是激光工艺的首选。但是，当用户可编程的激光，去除了机械加工的局限时，高温控制的感应系统就会代替传统的加热系统，比如火炉和热工过程。举例来说，在动力系统里，这就直接安装在焊接点上。”
汽车业现在已经发觉，这项技术非常有用，不仅在焊接点上，还在高强度车身部件在撞车事故中的损坏避免上都有积极影响。这些部件需要坚固，当发生撞车是不要断裂。部件损坏变形时，就会浪费能源。因为这个原因，制造商开始软化有断裂风险的部位，以提高限定区的韧性。再一次求助于激光工艺，用于挤压加固组件的打孔和休整上。然后，电感器就会软化在撞车事故中弯曲的部分。
Park补充说，“我们还在下一个车辆研发的起步阶段，努力解决效率和成本效益问题。这对我们仍然是难题，而且焊缝不同材质的材料仍然无法攻克。现在，我们还面临高强钢、铝和涂层材料在力量和疲劳寿命方面的不足问题。
“困难是双重的。在焊接技术方面，我们关注许多汽车以外的行业。我们的R&D部门总是挑战极限，寻找能把这项技术转移到其他行业的团体。我们非常主动积极地推动这件事。新材料是个好例子，是我们在新技术和焊丝方面的突破口。同时，我们要在寻找新技术。
“万一我们明天就把铝焊到钢铁上呢？”既然真的向汽车设计者们打开一扇窗，技术会送来前所未有的机遇。鉴于R&D在焊接领域所做出的成绩，千万不要打赌奇迹不会出现。