汽車(chē)輕量化(huà)能(néng)有(yǒu)效地(dì)節約油耗、減少(shǎo)排放(fàng)，在日(rì)益嚴峻的β(de)環境和(hé)能(néng)源形勢下(xià)，各大(dà)汽車(chē)企業(yè)都(dōu)在不(bù)斷積極探索汽車(chē©)輕量化(huà)方案。
鋁和(hé)鋁合金(jīn)材料具有(yǒu)比重小(xiǎo)、塑性好(hǎo)、比強度高(gāo)（0.113N/kg）、導熱(rè)性能(néng)好(hǎo)α、化(huà)學性能(néng)以及減重效果好(hǎo)（25%～40%）等一(yī)系列優良的(de)使用(yòng)特性。因此，近(jìn)年(nián)來(lái)，越來(lái)✔越多(duō)的(de)企業(yè)選擇了(le)采用(yòng)鋁及鋁合金(jīn)材料替代普通(tōng)碳鋼的(de)車(chē)身(shēn)輕量化(huà)技(jì)術(shù↕)路(lù)線。美(měi)國(guó)、德國(guó)、英國(guó)等先後開(kāi)發出标志(zhì)性鋁基輕量化(huà)産品A8、XFL等。奇瑞 eQ1¶ 上(shàng)市(shì)，标志(zhì)著(zhe)國(guó)內(nèi)首款全鋁車(chē)身(shēn)誕生(shēng)。
為(wèi)顯著提升純電(diàn)動汽車(chē)行(xíng)業(yè)的(de)制(zhì)造技(jì)術(shù)水(shuǐ)平，滿足大(dà)批量定制(zhì)化(huà)制(zhì)造¥和(hé)産品市(shì)場(chǎng)定位，基于奇瑞新能(néng)源eQ1産品的(de)綠(lǜ) 色關鍵制(zhì)造工(gōng)藝激光(guāng)深熔焊技(jì)術(shù)，目的(de)就(jiù)✔是(shì)要(yào)解決當前純電(diàn)動汽車(chē)制(zhì)造自(zì)動化(huà)、綠(lǜ)色制(zhì)造、産品一(yī)緻∞性等問(wèn)題，促進先進技(jì)術(shù)與制(zhì)造業(yè)融合，保證本公司産品的(de)可(kě)持續發展和(hé)競争力。
激光(guāng)器(qì)的(de)選擇
常見(jiàn)的(de)激光(guāng)器(qì)種類，按其工(gōng)作(zuò)介質分(fēn)為(wèi)五類，分(fēn)别是(shì)：氣體(tǐ)、固體(tǐ)、半導π體(tǐ)、染料以及光(guāng)纖。
1.氣體(tǐ)激光(guāng)器(qì)
氣體(tǐ)激光(guāng)器(qì)可(kě)以是(shì)純氣體(tǐ)，也(yě)可(kě)以是(shì)混合氣體(tǐ)♦。最常見(jiàn)的(de)CO2激光(guāng)器(qì)具有(yǒu)峰值功率高(gāo)、光(guāng)♣束集中、功率可(kě)選範圍大(dà)、連續和(hé)脈沖兼具、波長(cháng)範圍廣（9000～12 000nm）以及體(tǐ)積小(xiǎo)等優勢，多(duō)應用(yòng)于軍事(shìπ)、材料切割等。
2.固體(tǐ)激光(guāng)器(qì)
固體(tǐ)激光(guāng)器(qì)的(de)特征是(shì)高(gāo)功率穩定性、輸出功率連續可•(kě)調節，高(gāo)光(guāng)束質量，工(gōng)作(zuò)性能(néng)可(kě)靠，激光(guāng)器(qì)壽命長(cháng)，可(kě)長(cháng)時(≈shí)間(jiān)連續工(gōng)作(zuò)。電(diàn)源自(zì)帶過熱(rè)、限流保護電(diàn)路(lù)，TEC及激光(gu¶āng)頭風(fēng)扇制(zhì)冷(lěng)，可(kě)外(wài)接信号發生(shēng)器(qì)進行(xíng)高(gāo)速調制(zhì)（TTL調₹制(zhì)及模拟調制(zhì)）。可(kě)實現(xiàn)加載單模/多(duō)模光(guāng)纖耦合輸出，耦合效率高λ(gāo)，操作(zuò)方便，光(guāng)纖可(kě)拆卸更換。
采用(yòng)多(duō)級串聯來(lái)實現(xiàn)高(gāo)功率輸出，目前平均功率最高(gāo)可(kě)達到(dào)上(shàng)600～800W，重頻(pín)可(kě)達80π～200次/s，單脈沖能(néng)量可(kě)達80J。主要(yào)應用(yòng)：校(xiào)準光(guāng)路(lù)、熒光(guāng)激發、光(guā§ng)譜分(fēn)析、光(guāng)電(diàn)檢測、幹涉實驗及拉曼實驗等。
3.半導體(tǐ)二極管激光(guāng)器(qì)
半導體(tǐ)二極管激光(guāng)器(qì)利用(yòng)電(diàn)子(zǐ)發光(guāng)，用(yòng)半導體(tǐ)晶體(tǐ)的(de)解理(lǐ)面形成兩個(gè)平✔行(xíng)反射鏡面作(zuò)為(wèi)反射鏡，組成諧振腔，使光(guāng)振蕩和(hé)反饋，産生(shēng)光(guāng)束放(fàng)大(dà)，輸出激光(gπuāng)。應用(yòng)場(chǎng)景：熒光(guāng)激發、光(guāng)譜分(fēn)析、材料、細胞、腫瘤、活體(t ǐ)照(zhào)射及光(guāng)動力治療等。
4.染料激光(guāng)器(qì)
染料激光(guāng)器(qì)具有(yǒu)輸出波長(cháng)可(kě)調功能(néng)。它是(shì)光(guāng)譜範圍0.4～1.∑4μm可(kě)調的(de)窄帶寬激光(guāng)器(qì)，通(tōng)過混頻(pín)技(jì)術(shù)獲得(de)紫外(wài)到(dào)中紅(hóng)外(wài)波段的α(de)可(kě)調諧相(xiàng)幹光(guāng)。主要(yào)用(yòng)于高(gāo)光(guāng)譜特征參量與光(guāng)譜庫研究。
5.光(guāng)纖激光(guāng)器(qì)
光(guāng)纖激光(guāng)器(qì)應用(yòng)領域較多(duō)，包括空(kōng)間(jiān)遠(yuǎn)距離(Ωlí)通(tōng)訊、千兆光(guāng)纖通(tōng)訊儀、船(chuán)舶、汽車(chē)、切割、打标、鑽孔、焊接、醫(yī)療器(qì)械及基建等。玻璃光(guāng)纖具有(yǒu)成本低(dī)、應用(yòng)成熟、産品空(kōng)間(jiān)尺寸小(xiǎo)及質量輕等優點€；它不(bù)需要(yào)像晶體(tǐ)一(yī)樣對(duì)入射光(guāng)進行(xíng)相(xiàng)對(duì)嚴格的(de)相(xiàng£)位匹配，原因是(shì)玻璃基體(tǐ)的(de)星分(fēn)裂引起的(de)不(bù)均勻加寬導緻了(le)寬吸收帶。
材料體(tǐ)積比極低(dī)，功耗低(dī)，熱(rè)量去(qù)除快(kuài)，交換效率高(gāo)，阈值低(dī)；輸出的(de)激光(guāng)波長(cháng)多(duō)。≥這(zhè)是(shì)因為(wèi)稀土(tǔ)離(lí)子(zǐ)能(néng)級非常豐富，而且有(yǒu)多(duō)種稀土(tǔ)離(lí)子(zǐ)。由于這(zhè)種激光"(guāng)器(qì)諧振腔內(nèi)沒有(yǒu)透鏡，不(bù)需要(yào)調整焦距而且免維護，ε應用(yòng)場(chǎng)景較為(wèi)普遍。光(guāng)纖輸出形式使得(de)激光(guāng)器(qì)能(néng)夠容易→适應3D空(kōng)間(jiān)應用(yòng)，能(néng)适應惡劣的(de)環境，對(duì)振動、沾污、沖擊及溫濕度有(yǒu)很(hěn)好(hǎo)的(de)耐受性。
隻需簡單的(de)風(fēng)冷(lěng)。各類激光(guāng)器(qì)各有(yǒu)特點，需要(≥yào)結合鋁合金(jīn)框架車(chē)身(shēn)所用(yòng)材料的(de)特點并結合投資成本、☆維護成本等方面綜合考慮，進行(xíng)充分(fēn)的(de)驗證和(hé)對(duì)比，從(cóng)而選擇合"适的(de)激光(guāng)器(qì)類型。
1.激光(guāng)器(qì)參數(shù)的(de)選擇
激光(guāng)器(qì)功率激光(guāng)功率是(shì)激光(guāng)焊接中的(de)一(yī)個(gè)關鍵因素，使用(yòng)激光(guāng)來(lá←i)焊接金(jīn)屬和(hé)非金(jīn)屬已經成熟應用(yòng)，其中存在一(yī)個(gè)∏激光(guāng)光(guāng)束能(néng)量密度阈值，低(dī)于該阈值，熔透很(hěn)淺，大(dà)于或等于此值，穿透性将大(dà)大(dà)增加。激光(guāng↕)功率超過能(néng)量阈值（也(yě)就(jiù)是(shì)激光(guāng)問(wèn)題高(gāo)），空(kōng)氣會(huì)産生(sh§ēng)離(lí)子(zǐ)，産生(shēng)穩定可(kě)靠的(de)高(gāo)深寬比焊縫。
當功率小(xiǎo)于能(néng)量阈值，焊接熔深不(bù)足，焊縫連接強度不(bù)足。而當激光(guāng↕)功率接近(jìn)形成小(xiǎo)孔的(de)臨界條件(jiàn)時(shí)，激光(guāng)深熔焊和(hé)熱(rè)傳導焊不(bù)間(jiān)斷運行(xíng)，導緻焊縫熔深波動很(hěn)大(dà)。使用(yòng)激光(guāng)深熔焊工(gōng)藝時(shí)，功率和(hé)速度與焊縫熔φ深有(yǒu)關系。焊接的(de)熔深直接與光(guāng)束功率密度有(yǒu)關。
深熔焊和(hé)導電(diàn)焊交替進行(xíng)，成為(wèi)不(bù)穩定的(de)焊接過程，導緻熔透波動較大(dà)。激光(guāng)深熔✔焊過程中，激光(guāng)功率可(kě)以同時(shí)控制(zhì)熔深和(hé)焊接速度。熔透率與入射光(guāng)束≠的(de)功率密度直接相(xiàng)關，是(shì)入射光(guāng)束功率和(hé)光(guāng)束焦點的(d'e)函數(shù)。一(yī)般來(lái)說(shuō)，對(duì)于一(yī)定直徑的(de)激光(guā>ng)束，穿透深度随光(guāng)束功率的(de)增加而增大(dà)。
2.激光(guāng)脈沖波形針對(duì)高(gāo)反射率材料，使用(yòng)激光(guāng)進→行(xíng)焊接必然會(huì)産生(shēng)60%～85%的(de)能(néng)量損失，通(tōng)過調整∑激光(guāng)脈沖寬度參數(shù)，可(kě)有(yǒu)效抑制(zhì)能(néng)量損失。在激光(guāng)脈沖信号處理(lǐ)α過程中，高(gāo)光(guāng)金(jīn)屬的(de)反射率随焊接時(shí)間(jiān)變化(h∑uà)。當被焊接零件(jiàn)材料達到(dào)熔點時(shí)，反射率會(huì)快(kuài)速下(xià)降，當被焊接零件(jiàn)表面形成焊縫熔池時(shí)，材料反射率會(huì←)穩定下(xià)來(lái)。
多(duō)數(shù)高(gāo)光(guāng)材料能(néng)量輸入開(kāi)始階段反射率高(gāo)，一(yī)般采用(yδòng)前置尖峰的(de)激光(guāng)輸出波形，利用(yòng)波形出現(xiàn)尖峰使激光(guāng)φ溫度提升至熔點，減少(shǎo)反射率。對(duì)于黑(hēi)金(jīn)屬材料，材料反射率低(dī)一(yī)般采用(yòn☆g)平整的(de)波形。在應用(yòng)中需根據材料表面特性不(bù)同，對(duì)脈沖波形進行(xíng)調整。
3.激光(guāng)脈沖寬度
激光(guāng)脈沖寬度主要(yào)由焊縫深度與寬度确定，脈沖寬度越長(cháng)熱(rè)影(yǐng)響區(qū)越大(dà)，焊縫深度是(shì)随著(zhe)脈 沖寬度的(de)0.5次方增加。但(dàn)脈寬的(de)加大(dà)峰值功率會(huì)降低(dī)，此方法主要(yào)用(yòng)于激光(guāng)熱(rè)傳導焊接形式，焊縫形貌尺寸深寬比低(dī)，用(yòng)于兩種闆材厚度差異較大(dà)的(de)搭接焊。但(dàn)低(dī)的(de)峰值功率使得(de∞)激光(guāng)功率損失較大(dà)。通(tōng)過實驗可(kě)得(de)出，各種材料熔深達到(dào)最大(dà)時(shí)最佳脈沖寬度參數(shù)。
4.光(guāng)斑直徑
光(guāng)斑直徑決定激光(guāng)的(de)能(néng)量密度的(de)聚焦程度。但(dàn)對(duì)于功率較高(gāo)的(de)激光(guāng)束，目前↓對(duì)光(guāng)斑尺寸的(de)測量是(shì)個(gè)難題，目前已經有(yǒu)一(yī)些(xiē)間(jiān)接測量方法。♥根據衍射理(lǐ)論，可(kě)以計(jì)算(suàn)出光(guāng)束聚焦的(de)衍射極限光(guāng)斑大(dà)小(xiǎo)。但(dàn)由于焦β距透鏡存在像差，實際光(guāng)斑尺寸大(dà)于計(jì)算(suàn)值。常用(yòng)的(d¥e)測量方法是(shì)等溫剖面法，即燃燒厚紙(zhǐ)和(hé)穿透PP闆後測量焦點和(hé)射孔直徑。采用(yòng)此手段要(yào)有(yǒu)一(♥yī)定經驗，在測量過程中掌握好(hǎo)激光(guāng)的(de)功率和(hé)激光(guāng)的(de)作(zuò)用(yòng)時(→shí)間(jiān)。
5.激光(guāng)透鏡焦距
焊接時(shí)需對(duì)激光(guāng)進行(xíng)聚焦，常采用(yòng) 62～253mm焦距的(dΩe)鏡頭。焦斑的(de)大(dà)小(xiǎo)與焦距的(de)關系成正比，焦距變短(duǎn)，光(guāng)斑λ變小(xiǎo)。但(dàn)焦距也(yě)影(yǐng)響震源深度，也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)，震源深度增加焦距也(yě)随之增加，因此短(duǎn±)焦距可(kě)以增加功率能(néng)量，但(dàn)由于震源深度很(hěn)小(xiǎo)，鏡頭和(hé)工(gōng)件(jiàn)之間(jiān)的(de)距離(lí)較大(dà)，且熔深較小(xiǎo)。由于焊接過程中的(de)受熔池飛(fēi)≈濺影(yǐng)響，實際焊接使用(yòng)的(de)最短(duǎn)焦深一(yī)般為(wèi)126mm。
當連接零件(jiàn)之間(jiān)存在較大(dà)縫隙時(shí)，可(kě)增加激光(guāng)光(guāng)斑尺寸，一(yī)般采用(yòng)254mm焦距的≠(de)鏡頭。為(wèi)了(le)達到(dào)焊接小(xiǎo)孔效果，可(kě)提高(gāo)焊接激光(guāng)輸出的(d≈e)功率能(néng)量。當功率超過2kW時(shí)，尤其是(shì)CO2激光(guāng)束1<0.6μm，由于透鏡采用(yòng)精密材料構成，為(wèi)了(le)避免聚焦透鏡光(guāng)學損壞的(de)風(fēng)險，一(yī)般采用(yòng)反射聚焦方法，通(tōng)常使用(yòng)抛光(guāng)銅鏡子(zǐ)反射器(qì)。由于其冷(lěn•g)卻效果好(hǎo)，常被推薦用(yòng)于大(dà)功率激光(guāng)聚焦。
鋁及鋁合金(jīn)材料具有(yǒu)高(gāo)反射性，選擇激光(guāng)器(qì)參數(shù)時(shí)需采用(yòng)與之匹配的(de)₹參數(shù)。除此之外(wài)，投資成本也(yě)是(shì)一(yī)個(gè)不(bù)得(de)不(±bù)考慮的(de)問(wèn)題，按目前國(guó)內(nèi)市(shì)場(chǎng)的(de)行(xíng)情，一(yī)台3kW激光(guāng)器(qì)的(de)♣價格大(dà)約在150萬～180萬元，應在滿足焊接要(yào)求的(de)同時(shí)，選擇盡可(kě)能(néng)低(dī)的α(de)功率，以保證最終的(de)投資效益。
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