汽車(chē)輕量化能有(yǒu)效地節約油耗、減少(shǎo)排放，在日益嚴峻的環境和(hé)能源形勢下，各大(dà)汽車(chē)企業都在不斷積極探索汽車(chē)輕量化方案。
鋁和(hé)鋁合金材料具有(yǒu)比重小(xiǎo)、塑性好、比強度高(gāo)（0.113N/kg）、導熱性能好、化學性能以及減重效果好（25%～40%）等一系列優良的使用特性。因此，近年來(lái)，越來(lái)越多(duō)的企業選擇了采用鋁及鋁合金材料替代普通(tōng)碳鋼的車(chē)身輕量化技(jì)術(shù)路線。美國、德國、英國等先後開(kāi)發出标志(zhì)性鋁基輕量化産品A8、XFL等。奇瑞 eQ1 上(shàng)市，标志(zhì)着國內(nèi)首款全鋁車(chē)身誕生(shēng)。
為(wèi)顯著提升純電(diàn)動汽車(chē)行(xíng)業的制(zhì)造技(jì)術(shù)水(shuǐ)平，滿足大(dà)批量定制(zhì)化制(zhì)造和(hé)産品市場(chǎng)定位，基于奇瑞新能源eQ1産品的綠色關鍵制(zhì)造工藝激光深熔焊技(jì)術(shù)，目的就是要解決當前純電(diàn)動汽車(chē)制(zhì)造自動化、綠色制(zhì)造、産品一緻性等問題，促進先進技(jì)術(shù)與制(zhì)造業融合，保證本公司産品的可(kě)持續發展和(hé)競争力。
激光器(qì)的選擇
常見的激光器(qì)種類，按其工作(zuò)介質分為(wèi)五類，分别是：氣體(tǐ)、固體(tǐ)、半導體(tǐ)、染料以及光纖。
1.氣體(tǐ)激光器(qì)
氣體(tǐ)激光器(qì)可(kě)以是純氣體(tǐ)，也可(kě)以是混合氣體(tǐ)。最常見的CO2激光器(qì)具有(yǒu)峰值功率高(gāo)、光束集中、功率可(kě)選範圍大(dà)、連續和(hé)脈沖兼具、波長範圍廣（9000～12 000nm）以及體(tǐ)積小(xiǎo)等優勢，多(duō)應用于軍事、材料切割等。
2.固體(tǐ)激光器(qì)
固體(tǐ)激光器(qì)的特征是高(gāo)功率穩定性、輸出功率連續可(kě)調節，高(gāo)光束質量，工作(zuò)性能可(kě)靠，激光器(qì)壽命長，可(kě)長時(shí)間(jiān)連續工作(zuò)。電(diàn)源自帶過熱、限流保護電(diàn)路，TEC及激光頭風扇制(zhì)冷，可(kě)外接信号發生(shēng)器(qì)進行(xíng)高(gāo)速調制(zhì)（TTL調制(zhì)及模拟調制(zhì)）。可(kě)實現加載單模/多(duō)模光纖耦合輸出，耦合效率高(gāo)，操作(zuò)方便，光纖可(kě)拆卸更換。
采用多(duō)級串聯來(lái)實現高(gāo)功率輸出，目前平均功率最高(gāo)可(kě)達到上(shàng)600～800W，重頻可(kě)達80～200次/s，單脈沖能量可(kě)達80J。主要應用：校(xiào)準光路、熒光激發、光譜分析、光電(diàn)檢測、幹涉實驗及拉曼實驗等。
3.半導體(tǐ)二極管激光器(qì)
半導體(tǐ)二極管激光器(qì)利用電(diàn)子發光，用半導體(tǐ)晶體(tǐ)的解理(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，使光振蕩和(hé)反饋，産生(shēng)光束放大(dà)，輸出激光。應用場(chǎng)景：熒光激發、光譜分析、材料、細胞、腫瘤、活體(tǐ)照射及光動力治療等。
4.染料激光器(qì)
染料激光器(qì)具有(yǒu)輸出波長可(kě)調功能。它是光譜範圍0.4～1.4μm可(kě)調的窄帶寬激光器(qì)，通(tōng)過混頻技(jì)術(shù)獲得(de)紫外到中紅外波段的可(kě)調諧相幹光。主要用于高(gāo)光譜特征參量與光譜庫研究。
5.光纖激光器(qì)
光纖激光器(qì)應用領域較多(duō)，包括空(kōng)間(jiān)遠距離通(tōng)訊、千兆光纖通(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。玻璃光纖具有(yǒu)成本低(dī)、應用成熟、産品空(kōng)間(jiān)尺寸小(xiǎo)及質量輕等優點；它不需要像晶體(tǐ)一樣對入射光進行(xíng)相對嚴格的相位匹配，原因是玻璃基體(tǐ)的星分裂引起的不均勻加寬導緻了寬吸收帶。
材料體(tǐ)積比極低(dī)，功耗低(dī)，熱量去除快，交換效率高(gāo)，阈值低(dī)；輸出的激光波長多(duō)。這是因為(wèi)稀土離子能級非常豐富，而且有(yǒu)多(duō)種稀土離子。由于這種激光器(qì)諧振腔內(nèi)沒有(yǒu)透鏡，不需要調整焦距而且免維護，應用場(chǎng)景較為(wèi)普遍。光纖輸出形式使得(de)激光器(qì)能夠容易适應3D空(kōng)間(jiān)應用，能适應惡劣的環境，對振動、沾污、沖擊及溫濕度有(yǒu)很(hěn)好的耐受性。
隻需簡單的風冷。各類激光器(qì)各有(yǒu)特點，需要結合鋁合金框架車(chē)身所用材料的特點并結合投資成本、維護成本等方面綜合考慮，進行(xíng)充分的驗證和(hé)對比，從而選擇合适的激光器(qì)類型。
1.激光器(qì)參數(shù)的選擇
激光器(qì)功率激光功率是激光焊接中的一個(gè)關鍵因素，使用激光來(lái)焊接金屬和(hé)非金屬已經成熟應用，其中存在一個(gè)激光光束能量密度阈值，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。激光功率超過能量阈值（也就是激光問題高(gāo)），空(kōng)氣會(huì)産生(shēng)離子，産生(shēng)穩定可(kě)靠的高(gāo)深寬比焊縫。
當功率小(xiǎo)于能量阈值，焊接熔深不足，焊縫連接強度不足。而當激光功率接近形成小(xiǎo)孔的臨界條件時(shí)，激光深熔焊和(hé)熱傳導焊不間(jiān)斷運行(xíng)，導緻焊縫熔深波動很(hěn)大(dà)。使用激光深熔焊工藝時(shí)，功率和(hé)速度與焊縫熔深有(yǒu)關系。焊接的熔深直接與光束功率密度有(yǒu)關。
深熔焊和(hé)導電(diàn)焊交替進行(xíng)，成為(wèi)不穩定的焊接過程，導緻熔透波動較大(dà)。激光深熔焊過程中，激光功率可(kě)以同時(shí)控制(zhì)熔深和(hé)焊接速度。熔透率與入射光束的功率密度直接相關，是入射光束功率和(hé)光束焦點的函數(shù)。一般來(lái)說，對于一定直徑的激光束，穿透深度随光束功率的增加而增大(dà)。
2.激光脈沖波形針對高(gāo)反射率材料，使用激光進行(xíng)焊接必然會(huì)産生(shēng)60%～85%的能量損失，通(tōng)過調整激光脈沖寬度參數(shù)，可(kě)有(yǒu)效抑制(zhì)能量損失。在激光脈沖信号處理(lǐ)過程中，高(gāo)光金屬的反射率随焊接時(shí)間(jiān)變化。當被焊接零件材料達到熔點時(shí)，反射率會(huì)快速下降，當被焊接零件表面形成焊縫熔池時(shí)，材料反射率會(huì)穩定下來(lái)。
多(duō)數(shù)高(gāo)光材料能量輸入開(kāi)始階段反射率高(gāo)，一般采用前置尖峰的激光輸出波形，利用波形出現尖峰使激光溫度提升至熔點，減少(shǎo)反射率。對于黑(hēi)金屬材料，材料反射率低(dī)一般采用平整的波形。在應用中需根據材料表面特性不同，對脈沖波形進行(xíng)調整。
3.激光脈沖寬度
激光脈沖寬度主要由焊縫深度與寬度确定，脈沖寬度越長熱影(yǐng)響區(qū)越大(dà)，焊縫深度是随着脈沖寬度的0.5次方增加。但(dàn)脈寬的加大(dà)峰值功率會(huì)降低(dī)，此方法主要用于激光熱傳導焊接形式，焊縫形貌尺寸深寬比低(dī)，用于兩種闆材厚度差異較大(dà)的搭接焊。但(dàn)低(dī)的峰值功率使得(de)激光功率損失較大(dà)。通(tōng)過實驗可(kě)得(de)出，各種材料熔深達到最大(dà)時(shí)最佳脈沖寬度參數(shù)。
4.光斑直徑
光斑直徑決定激光的能量密度的聚焦程度。但(dàn)對于功率較高(gāo)的激光束，目前對光斑尺寸的測量是個(gè)難題，目前已經有(yǒu)一些(xiē)間(jiān)接測量方法。根據衍射理(lǐ)論，可(kě)以計(jì)算(suàn)出光束聚焦的衍射極限光斑大(dà)小(xiǎo)。但(dàn)由于焦距透鏡存在像差，實際光斑尺寸大(dà)于計(jì)算(suàn)值。常用的測量方法是等溫剖面法，即燃燒厚紙和(hé)穿透PP闆後測量焦點和(hé)射孔直徑。采用此手段要有(yǒu)一定經驗，在測量過程中掌握好激光的功率和(hé)激光的作(zuò)用時(shí)間(jiān)。
5.激光透鏡焦距
焊接時(shí)需對激光進行(xíng)聚焦，常采用 62～253mm焦距的鏡頭。焦斑的大(dà)小(xiǎo)與焦距的關系成正比，焦距變短(duǎn)，光斑變小(xiǎo)。但(dàn)焦距也影(yǐng)響震源深度，也就是說，震源深度增加焦距也随之增加，因此短(duǎn)焦距可(kě)以增加功率能量，但(dàn)由于震源深度很(hěn)小(xiǎo)，鏡頭和(hé)工件之間(jiān)的距離較大(dà)，且熔深較小(xiǎo)。由于焊接過程中的受熔池飛濺影(yǐng)響，實際焊接使用的最短(duǎn)焦深一般為(wèi)126mm。
當連接零件之間(jiān)存在較大(dà)縫隙時(shí)，可(kě)增加激光光斑尺寸，一般采用254mm焦距的鏡頭。為(wèi)了達到焊接小(xiǎo)孔效果，可(kě)提高(gāo)焊接激光輸出的功率能量。當功率超過2kW時(shí)，尤其是CO2激光束10.6μm，由于透鏡采用精密材料構成，為(wèi)了避免聚焦透鏡光學損壞的風險，一般采用反射聚焦方法，通(tōng)常使用抛光銅鏡子反射器(qì)。由于其冷卻效果好，常被推薦用于大(dà)功率激光聚焦。
鋁及鋁合金材料具有(yǒu)高(gāo)反射性，選擇激光器(qì)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(de)不考慮的問題，按目前國內(nèi)市場(chǎng)的行(xíng)情，一台3kW激光器(qì)的價格大(dà)約在150萬～180萬元，應在滿足焊接要求的同時(shí)，選擇盡可(kě)能低(dī)的功率，以保證最終的投資效益。
