汽車(chē)輕量化能有效地節(jié)約油耗、減少排放，在日益嚴(yán)峻的環(huán)境和能源形勢(shì)下，各大汽車(chē)企業(yè)都在不斷積極探索汽車(chē)輕量化方案。

鋁和鋁合金材料具有比重小、塑性好、比強(qiáng)度高（0.113N/kg）、導(dǎo)熱性能好、化學(xué)性能以及減重效果好（25%～40%）等一系列優(yōu)良的使用特性。因此，近年來(lái)，越來(lái)越多的企業(yè)選擇了采用鋁及鋁合金材料替代普通碳鋼的車(chē)身輕量化技術(shù)路線。美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等先后開(kāi)發(fā)出標(biāo)志性鋁基輕量化產(chǎn)品A8、XFL等。奇瑞 eQ1 上市，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首款全鋁車(chē)身誕生。

為顯著提升純電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的制造技術(shù)水平，滿足大批量定制化制造和產(chǎn)品市場(chǎng)定位，基于奇瑞新能源eQ1產(chǎn)品的綠色關(guān)鍵制造工藝激光深熔焊技術(shù)，目的就是要解決當(dāng)前純電動(dòng)汽車(chē)制造自動(dòng)化、綠色制造、產(chǎn)品一致性等問(wèn)題，促進(jìn)先進(jìn)技術(shù)與制造業(yè)融合，保證本公司產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展和競(jìng)爭(zhēng)力。

激光器的選擇

常見(jiàn)的激光器種類(lèi)，按其工作介質(zhì)分為五類(lèi)，分別是：氣體、固體、半導(dǎo)體、染料以及光纖。

1.氣體激光器

氣體激光器可以是純氣體，也可以是混合氣體。最常見(jiàn)的CO2激光器具有峰值功率高、光束集中、功率可選范圍大、連續(xù)和脈沖兼具、波長(zhǎng)范圍廣（9000～12 000nm）以及體積小等優(yōu)勢(shì)，多應(yīng)用于軍事、材料切割等。

2.固體激光器

固體激光器的特征是高功率穩(wěn)定性、輸出功率連續(xù)可調(diào)節(jié)，高光束質(zhì)量，工作性能可靠，激光器壽命長(zhǎng)，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作。電源自帶過(guò)熱、限流保護(hù)電路，TEC及激光頭風(fēng)扇制冷，可外接信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行高速調(diào)制（TTL調(diào)制及模擬調(diào)制）?？蓪?shí)現(xiàn)加載單模/多模光纖耦合輸出，耦合效率高，操作方便，光纖可拆卸更換。

采用多級(jí)串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)高功率輸出，目前平均功率最高可達(dá)到上600～800W，重頻可達(dá)80～200次/s，單脈沖能量可達(dá)80J。主要應(yīng)用：校準(zhǔn)光路、熒光激發(fā)、光譜分析、光電檢測(cè)、干涉實(shí)驗(yàn)及拉曼實(shí)驗(yàn)等。

3.半導(dǎo)體二極管激光器

半導(dǎo)體二極管激光器利用電子發(fā)光，用半導(dǎo)體晶體的解理面形成兩個(gè)平行反射鏡面作為反射鏡，組成諧振腔，使光振蕩和反饋，產(chǎn)生光束放大，輸出激光。應(yīng)用場(chǎng)景：熒光激發(fā)、光譜分析、材料、細(xì)胞、腫瘤、活體照射及光動(dòng)力治療等。

4.染料激光器

染料激光器具有輸出波長(zhǎng)可調(diào)功能。它是光譜范圍0.4～1.4μm可調(diào)的窄帶寬激光器，通過(guò)混頻技術(shù)獲得紫外到中紅外波段的可調(diào)諧相干光。主要用于高光譜特征參量與光譜庫(kù)研究。

5.光纖激光器

光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域較多，包括空間遠(yuǎn)距離通訊、千兆光纖通訊儀、船舶、汽車(chē)、切割、打標(biāo)、鉆孔、焊接、醫(yī)療器械及基建等。玻璃光纖具有成本低、應(yīng)用成熟、產(chǎn)品空間尺寸小及質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)；它不需要像晶體一樣對(duì)入射光進(jìn)行相對(duì)嚴(yán)格的相位匹配，原因是玻璃基體的星分裂引起的不均勻加寬導(dǎo)致了寬吸收帶。

材料體積比極低，功耗低，熱量去除快，交換效率高，閾值低；輸出的激光波長(zhǎng)多。這是因?yàn)橄⊥岭x子能級(jí)非常豐富，而且有多種稀土離子。由于這種激光器諧振腔內(nèi)沒(méi)有透鏡，不需要調(diào)整焦距而且免維護(hù)，應(yīng)用場(chǎng)景較為普遍。光纖輸出形式使得激光器能夠容易適應(yīng)3D空間應(yīng)用，能適應(yīng)惡劣的環(huán)境，對(duì)振動(dòng)、沾污、沖擊及溫濕度有很好的耐受性。

只需簡(jiǎn)單的風(fēng)冷。各類(lèi)激光器各有特點(diǎn)，需要結(jié)合鋁合金框架車(chē)身所用材料的特點(diǎn)并結(jié)合投資成本、維護(hù)成本等方面綜合考慮，進(jìn)行充分的驗(yàn)證和對(duì)比，從而選擇合適的激光器類(lèi)型。

1.激光器參數(shù)的選擇

1. 激光器功率激光功率是激光焊接中的一個(gè)關(guān)鍵因素，使用激光來(lái)焊接金屬和非金屬已經(jīng)成熟應(yīng)用，其中存在一個(gè)激光光束能量密度閾值，低于該閾值，熔透很淺，大于或等于此值，穿透性將大大增加。激光功率超過(guò)能量閾值（也就是激光問(wèn)題高），空氣會(huì)產(chǎn)生離子，產(chǎn)生穩(wěn)定可靠的高深寬比焊縫。

2. 當(dāng)功率小于能量閾值，焊接熔深不足，焊縫連接強(qiáng)度不足。而當(dāng)激光功率接近形成小孔的臨界條件時(shí)，激光深熔焊和熱傳導(dǎo)焊不間斷運(yùn)行，導(dǎo)致焊縫熔深波動(dòng)很大。使用激光深熔焊工藝時(shí)，功率和速度與焊縫熔深有關(guān)系。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)。

深熔焊和導(dǎo)電焊交替進(jìn)行，成為不穩(wěn)定的焊接過(guò)程，導(dǎo)致熔透波動(dòng)較大。激光深熔焊過(guò)程中，激光功率可以同時(shí)控制熔深和焊接速度。熔透率與入射光束的功率密度直接相關(guān)，是入射光束功率和光束焦點(diǎn)的函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一定直徑的激光束，穿透深度隨光束功率的增加而增大。

2.激光脈沖波形針對(duì)高反射率材料，使用激光進(jìn)行焊接必然會(huì)產(chǎn)生60%～85%的能量損失，通過(guò)調(diào)整激光脈沖寬度參數(shù)，可有效抑制能量損失。在激光脈沖信號(hào)處理過(guò)程中，高光金屬的反射率隨焊接時(shí)間變化。當(dāng)被焊接零件材料達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，反射率會(huì)快速下降，當(dāng)被焊接零件表面形成焊縫熔池時(shí)，材料反射率會(huì)穩(wěn)定下來(lái)。

多數(shù)高光材料能量輸入開(kāi)始階段反射率高，一般采用前置尖峰的激光輸出波形，利用波形出現(xiàn)尖峰使激光溫度提升至熔點(diǎn)，減少反射率。對(duì)于黑金屬材料，材料反射率低一般采用平整的波形。在應(yīng)用中需根據(jù)材料表面特性不同，對(duì)脈沖波形進(jìn)行調(diào)整。

3.激光脈沖寬度

激光脈沖寬度主要由焊縫深度與寬度確定，脈沖寬度越長(zhǎng)熱影響區(qū)越大，焊縫深度是隨著脈沖寬度的0.5次方增加。但脈寬的加大峰值功率會(huì)降低，此方法主要用于激光熱傳導(dǎo)焊接形式，焊縫形貌尺寸深寬比低，用于兩種板材厚度差異較大的搭接焊。但低的峰值功率使得激光功率損失較大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可得出，各種材料熔深達(dá)到最大時(shí)最佳脈沖寬度參數(shù)。

4.光斑直徑

光斑直徑?jīng)Q定激光的能量密度的聚焦程度。但對(duì)于功率較高的激光束，目前對(duì)光斑尺寸的測(cè)量是個(gè)難題，目前已經(jīng)有一些間接測(cè)量方法。根據(jù)衍射理論，可以計(jì)算出光束聚焦的衍射極限光斑大小。但由于焦距透鏡存在像差，實(shí)際光斑尺寸大于計(jì)算值。常用的測(cè)量方法是等溫剖面法，即燃燒厚紙和穿透PP板后測(cè)量焦點(diǎn)和射孔直徑。采用此手段要有一定經(jīng)驗(yàn)，在測(cè)量過(guò)程中掌握好激光的功率和激光的作用時(shí)間。

5.激光透鏡焦距

焊接時(shí)需對(duì)激光進(jìn)行聚焦，常采用 62～253mm焦距的鏡頭。焦斑的大小與焦距的關(guān)系成正比，焦距變短，光斑變小。但焦距也影響震源深度，也就是說(shuō)，震源深度增加焦距也隨之增加，因此短焦距可以增加功率能量，但由于震源深度很小，鏡頭和工件之間的距離較大，且熔深較小。由于焊接過(guò)程中的受熔池飛濺影響，實(shí)際焊接使用的最短焦深一般為126mm。

當(dāng)連接零件之間存在較大縫隙時(shí)，可增加激光光斑尺寸，一般采用254mm焦距的鏡頭。為了達(dá)到焊接小孔效果，可提高焊接激光輸出的功率能量。當(dāng)功率超過(guò)2kW時(shí)，尤其是CO2激光束10.6μm，由于透鏡采用精密材料構(gòu)成，為了避免聚焦透鏡光學(xué)損壞的風(fēng)險(xiǎn)，一般采用反射聚焦方法，通常使用拋光銅鏡子反射器。由于其冷卻效果好，常被推薦用于大功率激光聚焦。

鋁及鋁合金材料具有高反射性，選擇激光器參數(shù)時(shí)需采用與之匹配的參數(shù)。除此之外，投資成本也是一個(gè)不得不考慮的問(wèn)題，按目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的行情，一臺(tái)3kW激光器的價(jià)格大約在150萬(wàn)～180萬(wàn)元，應(yīng)在滿足焊接要求的同時(shí)，選擇盡可能低的功率，以保證最終的投資效益。