TruDisk碟片激光器：完美應對汽車輕量化挑戰(zhàn)
由于各地政府對汽車尾氣二氧化碳排放的限制越來越嚴格，輕量化是目前汽車制造中最熱門和最重要的話題之一。輕量化可以從結構設計、材料以及工藝三個方面來實現。而這三個方面都需要一種實現的工具：激光。
使用不等厚板是目前最成熟最廣泛應用的的優(yōu)化車身結構設計方法，而不等厚板則是采用的激光拼焊實現的。
輕量化的材料，目前最常用的有熱成型和鋁合金。熱成型材料由于硬度太高，需要激光切孔和修邊；鋁合金焊接的最佳方式也是激光。
而車身零部件之間的連接，采用激光焊接也可以減小法蘭寬度，減輕重量。包括汽車上其他各種部件，如汽車座椅的焊接，也越來越多的采用激光焊接來實現輕量化。
以上所有這些激光加工工藝，TruDisk碟片式激光器都可以完美勝任！
激光拼焊及鋁硅涂層剝除
激光拼焊是汽車車身零部件中較早的激光應用。其優(yōu)點是可以將兩種或者多種厚度的板材拼焊起來，在滿足車身上各個部位的不同強度要求的同時，減輕車身的重量。由于激光拼焊有著悠久的歷史，其使用的激光源也一直在不斷演進。從1980年代的二氧化碳激光器，到2000年后的燈管泵浦固體激光器，直到2006年后開始使用TruDisk激光器。
由于TruDisk碟片激光器轉換效率高（>30%），維護成本低（僅水循環(huán)系統(tǒng)需要維護），較早的激光拼焊線上的二氧化碳激光器和燈管泵浦固體激光器也都已經更換為最新的TruDisk激光器。根據寶鋼的成本核算，更換新激光器的成本，在3年內即可通過節(jié)省使用成本的方式收回投資。
激光拼焊板與熱成型材料都是汽車輕量化的重要技術。兩種技術的結合使用，將不同厚度的鋼板拼焊之后再進行熱成型處理，能夠更進一步優(yōu)化車身的強度分布，從而減輕重量。
最常見的鋁硅涂層厚度是20μm（如圖2所示）。而在涂層與母材中間，會形成一層成分為FeAl3 和 Fe2Al5的合金層，其熔點高于鋁硅涂層，達到1000~1100℃。因而在剝除涂層過程中，可以通過精確控制激光工藝參數，保留熔點較高的合金層，以保留零件的防腐蝕新能。
除了激光拼焊，激光飛行焊也已經被廣泛應用于汽車車身及其他零部件的焊接。激光飛行焊是將振鏡焊接頭與機器人的運動結合起來，實現高效靈活的激光焊接。振鏡（PFO）及飛行焊的原理見圖4、5、6。其中PFO可以通過兩片鏡片的旋轉，實現激光焦點在工件上的快速靈活移動和定位，可以大大提供激光焊接時的動態(tài)性能，更加高效。而機器人則可以擴展焊接范圍，以實現更大零件的焊接。兩者的結合，則可以實現優(yōu)勢互補，達到高效、靈活、低成本的激光焊接。
● 焊接所需法蘭寬度小，可節(jié)省材料，減輕重量；
● 焊縫形狀和方向可以根據零件進行靈活編程設定，以達到最佳的應力分布；
● 由于激光焊縫強度更強，可用更少的焊縫數量達到零件強度要求；
● 生產效率高：激光束從一個焊縫位置跳轉至下一條焊縫位置只需<35ms，基本消除非焊接時間，大大減小生產節(jié)拍，提供生產率，降低單件生產成本。
● 實現相同產能所需設備數量大大減少，減小設備占地面積。
在汽車車身上，激光飛行焊常用于車門、側圍等部件的焊接。例如車門采用激光飛行焊接，可以減小窗框寬度，增大窗戶面積，減輕車門重量，同時提供生產效率。根據奔馳的實際使用經驗，一套激光飛行焊接系統(tǒng)可替代10套電阻電焊。
此外，激光飛行焊也已經在汽車零部件的焊接上廣泛應用，比如汽車座椅部、面板支架等部件的焊接。
三維激光切割
熱成型零件由于硬度高，通過傳統(tǒng)沖壓方式進行沖孔和切邊會導致模具快速損傷，成本非常高。而激光切割則對材料的硬度完全不敏感，目前已經是熱成型生產線中標準的工序。針對這一應用，通快專門開發(fā)了三維五軸激光切割機床TruLaser Cell 8030，其使用的也是TruDisk激光器，最通用的型號是TruDisk 3001，激光功率為3kw。
小結
激光已經成為汽車輕量化所必需的一種工具。由于各種激光的各種特性和優(yōu)勢，其應用將會越來越廣泛。而激光加工的發(fā)展方向必然是更加高效、更加靈活和更低的成本。TruDisk激光器正順應了這一趨勢，從1999 年的第一代碟片激光器， 到最新的6C系列TruDisk激光器，其激光功率越來越高，能耗卻越來越低，體積也越來越小。相信下一代的TruDisk激光器將會有更大的進步。(end)
使用不等厚板是目前最成熟最廣泛應用的的優(yōu)化車身結構設計方法，而不等厚板則是采用的激光拼焊實現的。
輕量化的材料，目前最常用的有熱成型和鋁合金。熱成型材料由于硬度太高，需要激光切孔和修邊；鋁合金焊接的最佳方式也是激光。
而車身零部件之間的連接，采用激光焊接也可以減小法蘭寬度，減輕重量。包括汽車上其他各種部件，如汽車座椅的焊接，也越來越多的采用激光焊接來實現輕量化。
以上所有這些激光加工工藝，TruDisk碟片式激光器都可以完美勝任！
激光拼焊及鋁硅涂層剝除
激光拼焊是汽車車身零部件中較早的激光應用。其優(yōu)點是可以將兩種或者多種厚度的板材拼焊起來，在滿足車身上各個部位的不同強度要求的同時，減輕車身的重量。由于激光拼焊有著悠久的歷史，其使用的激光源也一直在不斷演進。從1980年代的二氧化碳激光器，到2000年后的燈管泵浦固體激光器，直到2006年后開始使用TruDisk激光器。
由于TruDisk碟片激光器轉換效率高（>30%），維護成本低（僅水循環(huán)系統(tǒng)需要維護），較早的激光拼焊線上的二氧化碳激光器和燈管泵浦固體激光器也都已經更換為最新的TruDisk激光器。根據寶鋼的成本核算，更換新激光器的成本，在3年內即可通過節(jié)省使用成本的方式收回投資。
激光拼焊板與熱成型材料都是汽車輕量化的重要技術。兩種技術的結合使用，將不同厚度的鋼板拼焊之后再進行熱成型處理，能夠更進一步優(yōu)化車身的強度分布，從而減輕重量。
圖1，含鋁硅元素的焊縫
最常見的鋁硅涂層厚度是20μm（如圖2所示）。而在涂層與母材中間，會形成一層成分為FeAl3 和 Fe2Al5的合金層，其熔點高于鋁硅涂層，達到1000~1100℃。因而在剝除涂層過程中，可以通過精確控制激光工藝參數，保留熔點較高的合金層，以保留零件的防腐蝕新能。
圖2 ，鋁硅涂層被剝除后的鋼板邊緣
圖3，TruMicro 激光器諧振腔
圖4，用于激光飛行焊的TruDisk激光器+PFO振鏡
除了激光拼焊，激光飛行焊也已經被廣泛應用于汽車車身及其他零部件的焊接。激光飛行焊是將振鏡焊接頭與機器人的運動結合起來，實現高效靈活的激光焊接。振鏡（PFO）及飛行焊的原理見圖4、5、6。其中PFO可以通過兩片鏡片的旋轉，實現激光焦點在工件上的快速靈活移動和定位，可以大大提供激光焊接時的動態(tài)性能，更加高效。而機器人則可以擴展焊接范圍，以實現更大零件的焊接。兩者的結合，則可以實現優(yōu)勢互補，達到高效、靈活、低成本的激光焊接。
圖5，PFO振鏡原理
圖6，激光飛行焊原理
● 焊接所需法蘭寬度小，可節(jié)省材料，減輕重量；
● 焊縫形狀和方向可以根據零件進行靈活編程設定，以達到最佳的應力分布；
● 由于激光焊縫強度更強，可用更少的焊縫數量達到零件強度要求；
● 生產效率高：激光束從一個焊縫位置跳轉至下一條焊縫位置只需<35ms，基本消除非焊接時間，大大減小生產節(jié)拍，提供生產率，降低單件生產成本。
● 實現相同產能所需設備數量大大減少，減小設備占地面積。
在汽車車身上，激光飛行焊常用于車門、側圍等部件的焊接。例如車門采用激光飛行焊接，可以減小窗框寬度，增大窗戶面積，減輕車門重量，同時提供生產效率。根據奔馳的實際使用經驗，一套激光飛行焊接系統(tǒng)可替代10套電阻電焊。
此外，激光飛行焊也已經在汽車零部件的焊接上廣泛應用，比如汽車座椅部、面板支架等部件的焊接。
三維激光切割
熱成型零件由于硬度高，通過傳統(tǒng)沖壓方式進行沖孔和切邊會導致模具快速損傷，成本非常高。而激光切割則對材料的硬度完全不敏感，目前已經是熱成型生產線中標準的工序。針對這一應用，通快專門開發(fā)了三維五軸激光切割機床TruLaser Cell 8030，其使用的也是TruDisk激光器，最通用的型號是TruDisk 3001，激光功率為3kw。
圖7，TruDisk 2000與TruDisk 3001的切割成本對比
小結
激光已經成為汽車輕量化所必需的一種工具。由于各種激光的各種特性和優(yōu)勢，其應用將會越來越廣泛。而激光加工的發(fā)展方向必然是更加高效、更加靈活和更低的成本。TruDisk激光器正順應了這一趨勢，從1999 年的第一代碟片激光器， 到最新的6C系列TruDisk激光器，其激光功率越來越高，能耗卻越來越低，體積也越來越小。相信下一代的TruDisk激光器將會有更大的進步。(end)
本文標簽：TruDisk碟片激光器：完美應對汽車輕量化挑戰(zhàn)
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