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激光技术在汽车制造中的地位

当一百三十多年前，卡尔-奔驰制造出世界上辆汽车时，他或许很难想象一个多世纪后汽车工业发生的变化。这一百多年来，汽车工业技术创新层出不穷，加工制造技术更是日新月异，不断，从卡尔-奔驰时代汽车的手动组装到今天的全自动化生产线，可谓天翻地覆。激光作为二十世纪的一项伟大发明，在汽车制造中的应用具有划时代的意义，这项的加工技术已经渗透到汽车制造的方方面面，涵盖从焊接、切割、打孔、打标、热处理以及成形，甚至到电子系统的微加工等领域。今天，听笔者来介绍一下激光在汽车上的一些代表性的加工技术。

　　激光焊接

　　激光焊接以其能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工等优点，已成为汽车制造中的重要手段之一。一辆汽车的车身加底盘共有数百上千种零件，如何将其连接在一起对整车车身的刚性有着直接的影响，采用激光焊接几乎可以把所有不同厚度、牌号、种类和等级的金属材料连接在一起，在提升生产效率和质量的同时还增加了汽车设计和材料选用的灵活性。

　　采用激光焊接可以在汽车制造中用更多的冲压件代替铸造件，用连续的激光焊缝代替分散的点焊缝，可以减少搭接宽度和一些加强部件，降低车身结构本身的体积，从而减少了车身的重量，满足了汽车节能减排的要求。采用激光焊接还可以提高车身的装配精度，使车身刚度提升30%以上，从而提高了车身的安全性。此外，采用激光焊接还可以降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，缩短生产周期，减少零件的数量，提高了车身一体化程度。

　　比如，作为中国激光设备的，华工激光旗下子品牌法利莱开发的“轿车车身顶盖激光焊接柔性生产线”是国内首套汽车白车身激光焊接设备，目前已经成功应用于多条汽车整装焊接生产线，焊接速度达4.8m/min，比世界上同类型设备快30%，大大提高了生产效率。

　　另外一家激光设备厂商——天田米亚基新推出的YAG激光焊接机ML-C200A/300A机型采用32种焊接条件和波形控制，可应对各种工件通过高速重复激光输出，大500PPS（300W），可进行高速缝焊，可瞬间切换焊接条件，实现高速、焊接。

　　激光切割

　　激光切割是常用的激光加工方式之一，激光切割类型分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂四类。与传统的加工方法相比，激光切割具有更高的切割质量-切口宽度窄、热影响区小、切口光洁、切割速度快、柔性强-可随意切割任意形状、广泛的材料适应性等优点。

　　汽车大型覆盖件的下料切边常常需要三维激光切割机。此外，当前汽车制造平台化愈演愈烈，对生产线的柔性提出了较高的要求，采用三维激光切割在车型型号改变后只需改编激光加工的程序，且工装简单、大大缩短工期，相对于采用模具制造成本大幅下降。此外，高强度钢在汽车上的应用越来越多，这种钢种在热成型后，冲压工艺不再适宜，其轮廓和孔的裁切，推动了对激光切割的需求。

　　全球钣金加工机床制造商通快公司在热成型高强钢加工领域内，一直处于地位，例如为汽车行业高强钢部件快速切割开发的TrulaserCell8030三维切割机结合的碟片激光技术（TruDisk系列）就扮演了这样的角色。

　　提到钣金加工，就不得不提国内钣金加工企业——大族激光，该公司自2009年推出国内台高功率光纤激光切割机以来，现已在全球累计安装运行2000余台，占有80%以上份额。以G3015F光纤激光切割机为例，该产品具备强大的切割能力、“飞一般”的切割速度、极低的运行成本、的稳定性、的加工以及强大的适应能力。

　　激光打标

　　在汽车及零部件生产中，身份的确立是质量追溯和召回的基础，通过打标方式来建立汽车及零部件身份的性非常关键。汽车打标以其较高的效率和适应性以及性得到了越来越广泛的应用。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下性标记的一种打标方法。激光打标的特点是非接触加工，可在任何异型表面标刻，工件不会变形和产生内应力。现代汽车零部件采用了各种材料，包括金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材及皮革等，而采用激光可以很地在所有这些材料的表面进行打标。

　　激光打标机厂商楚天激光生产的CT-MF10/20光纤激光打标机采用光纤激光器输出激光，再经高速扫描振镜系统实现达标功能。光纤激光打标机电光转换，采用风冷方式冷却，整机体积小巧，输出光束质量好，可靠性高。该设备可雕刻金属材料和部分非金属材料，主要应用于对深度、光滑度、精细度要求较高的领域。

　　再比如深圳泰德激光公司的三维激光标记系统DPF-3M20、DPF-3M30及DPF-3M40系列，可用于三维曲面的各类金属或非金属产品的激光打标，该系统具有三头或多头，可有效减少装夹次数，提高加工精度和良率，此外配备的双机械手系统还可以提高加工效率。

　　当然，激光技术在汽车上的应用并不于此，它还涉及到钻孔、热处理、表面涂覆、上釉、成形、重熔处理、模型制造以及微加工等诸多技术，涉及产品加工制造的各个领域。将于2016年3月15-17日在上海新国际博览中心举行的“慕尼黑上海光博会（LASERWorldofPHOTONICSCHINA）”是亚洲大的激光、光学、光电行业盛会，届时将汇集激光领域的各路英雄，集中展示他们在激光技术方面的产品和解决方案。

　　一百三十多年来，汽车的社会角色也发生了的变化。今天，汽车已经不仅仅是简单的交通工具，它已经深深地融入到人们的生活和工作之中。与此同时，随着汽车保有量的不断上升，以及环境和能源危机的持续恶化，汽车工业也面临着越来越多的挑战，市场对汽车的环保性、安全性及舒适性等提出了更高的要求。相对传统加工工艺，激光加工技术为汽车制造注入了更多的活力，在汽车行业面对这些挑战，追求可持续性的道路上不断推动其向前发展。

35.未来三年我国激光产业平均复合成长率将不低于20%

在激光加工领域中，激光切割、激光焊接、激光打标这三种技术受人关注。激光切割是指利用高功率密度激光束照射被切割材料，使材料快速被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着光束的移动，孔洞连续形成宽度很窄的切缝，完成切割。与传统的氧乙炔、等离子等切割工艺相比，激光切割速度快、切缝窄、热影响区小、切缝边缘垂直度好、切边光滑，可切割的材料种类也更广泛。

　　目前，国内中小功率的激光切割机市场已趋于饱和，激光切割机正向着高功率、大幅面、厚板材的方向发展。据测算数据，2015年中国激光产业链产值800多亿元，其中激光加工装备产业达到350亿元（用于切割、打标和焊接的高功率激光设备占据67%的市场份额）；激光加工在重工业、电子工业、轻工业、及医疗等行业的应用达到450亿元。预计今后三年，中国激光产业平均行业复合成长率将不低于20%。

　　作为全国早从外进口大功率激光加工设备（二氧化碳激光器）的研究所，天津市激光技术研究所所长温劲苇表示，“国外的一些产品对中国是有限制的，比如说现在的高功率光纤激光器，3KW以上的单模是不能向中国出口的。”

　　光纤激光器是近年来国际上出现的一种新型激光器。同体积庞大的气体激光器和固体激光器相比，它速度快、精度高，稳定性好，具有明显的优势，且多为高功率设备。

　　天津市激光技术研究所成立于1975年，是天津市从事光电子、激光技术研究与产品开发、生产销售和服务的科研单位。2000年该所转制为国有资科技型企业。该所在此届天津机博会上展出了自主研发的高功率光线激光切割机、激光打标机等。

　　转制后，在激光加工应用领域积累了多年技术与经验的天津市激光技术研究所依然重视自主研发，“每年的科研投入占营收的60%。”温劲苇说，该所与国外公司基本无合作，与国内企业、研究所及高校的合作力度较大。他还表示，目前研究所与天津大学共同承担了一个国家海洋装备项目，主要研发大功率的光纤激光器。

　　亚洲大、全球第三大激光加工设备制造商——大族激光科技产业集团股份有限公司（下称大族激光）本次展出了新研发出的8KW光纤激光切割机，G3015F系列MPS-3015C型号，报价398万。此外，该款产品还有700w、1000w、2000w三种不同的中小功率类型，系列报价范围约为50万-400万元。该系列光纤激光切割机可与自动化生产线、工业机器人等配套智能装备进行组合，提高工作效率。

　　“激光切割机在新能源汽车（比如比亚迪）、轨道客车（高铁、地铁）、航空航天、农业机械、健身器材等领域的零部件制造中均发挥重要作用。”大族激光钣金装备事业部北方负责人周智博介绍，“大族激光在国内激光加工市场的占有率高达70%-80％。”

　　大族激光旗下全资子公司大族超能激光科技有限公司（下称大族超能）总经理李荣向界面新闻记者表示，大族超能和钣金装备事业部同属于大族激光，只是各负责的产品线不同。大族超能负责中功率加工装备产品线，而钣金装备事业部负责高功率加工装备产品线，激光切割机不同功率的设置是为了满足市场对速度、切割厚度、度与稳定性等性能参数的不同需求。