目前，激光及其復合焊接技術已在許多工業(yè)部門得到應用，而汽車是其中最重要的部門，最典型的例子是車身覆蓋件剪裁激光拼焊以及頂蓋與側圍的焊接。用激光將不同厚度、材質及性能的幾塊薄板拼焊起來，再沖壓成形。不但提高了材料利用率，由40 % ～60 %提高到70 %～80 % ，而且減輕了重量，提高了綜合力學性能。與單一的激光焊接技術相比，激光混合焊接技術具有顯著的優(yōu)點: 更大的熔深、較大縫隙的焊接能力及更好的焊縫韌性，通過焊絲可以影響焊縫組織結構及無焊縫背面下垂現(xiàn)象等。
一、激光焊原理
激光焊采用激光作為焊接熱源，機器人作為運動系統(tǒng)。激光熱源的特殊優(yōu)勢在于，它有著超乎尋常的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的作用點上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快及焊接變形小等特點，可實現(xiàn)薄板的快速連接。
當激光光斑上的功率密度足夠大( >106 W/ cm2 )時，金屬在激光的照射下迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內升高至沸點，金屬發(fā)生氣化。金屬蒸氣以一定的速度離開金屬熔池的表面，產生一個附加應力反作用于熔化的金屬，使其向下凹陷，在激光斑下產生一個小凹坑。隨著加熱過程的進行，激光可以直接射入坑底，形成一個細長的“小孔”。當金屬蒸氣的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)深入。光斑密度很大時，所產生的小孔將貫穿于整個板厚，形成深穿透焊縫。小孔隨著光束相對于工件而沿著焊接方向前進。金屬在小孔前方熔化，繞過小孔流向后方，重新凝固形成的焊縫如圖1 所示。
二、激光焊接設備
激光焊接設備主要由激光器、光導系統(tǒng)、焊接機和控制系統(tǒng)組成所示。
1. 激光器
用于激光焊接的激光器主要有CO2 氣體激光器和YAG 固體激光器兩種。激光器最重要的性能是輸出功率和光束質量。從這兩方向考慮，CO2 激光器比YAG 激光器具有很大優(yōu)勢，是目前深熔焊接主要采用的激光器，生產上應用大多數還處在6 ～15kW 范圍。YAG 激光器一般功率小于1kW，用于薄小零件的微連接。近年來，國外在研制和生產大功率YAG 激光器方面取得了突破性的進展，最大功率已達5kW，并已投人市場。由于其波長短，僅為CO2 激光的1/ 10 ，有利于金屬表面吸收，可以用光纖傳輸，簡化光導系統(tǒng)。因此，大功率YAG 激光焊接技術在今后一段時間內將獲得迅速發(fā)展，成為CO2 激光焊接強有力的競爭對手。
2. 光導和聚焦系統(tǒng)
光導聚焦系統(tǒng)由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖以及聚焦鏡等組成，實現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)及方向，傳輸光束和聚焦的功能。這些光學零件的狀況對激光焊接質量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學部件尤其是透鏡性能會劣化使透過率下降，產生熱透鏡效應，表面污染也會增加傳輸損耗。所以光學部件的質量、維護和工作狀態(tài)監(jiān)測對保證焊接質量至關重要。
3. 焊接機器人
由于激光- MIG 復合焊接技術對焊接接頭的裝配精度要求較低，所以可以不必采用激光釬焊機器人的設計方式，既區(qū)別于常規(guī)的絞臂式焊接機器人，也無需設計焊縫自動跟蹤矯正系統(tǒng)以及激光在線檢測系統(tǒng)，這樣可以大大降低工裝設備的成本投資，降低工裝設計的復雜程度。
三、激光焊接方法的特點
激光焊接方法具有如下特點：