OFweek激光网讯：我们可以看到，汽车行业轻量化理念的推广日益壮大。轻量化，是在保证汽车强度和安全性的前提下，尽可能地降低汽车整备质量，减少油耗，降低污染的一种理念和方法。除了节能环保，在驾驶体验方面，轻量化后汽车加速性能也得到提高，而且在碰撞时由于惯性小，制动距离也减少。此外，车辆每减轻100公斤，二氧化碳排放可减少约5克／公里。因此，汽车的轻量化已经成为世界汽车工业发展的潮流。正如某汽车品牌所提出的观点，“每一克，都意义重大”。由于光纤激光器在高度自动化、高度灵活化的生产系统中的重要性逐步凸显，激光方案覆盖了汽车制造行业所有应用领域。我们先来看看下面这篇在以通用汽车为代表的美国汽车工业中，铝车身制造中的激光焊接应用介绍。凯迪拉克为了使凯迪拉克重返世界顶级豪华品牌舞台，使其成为同级别各品牌中最轻的轿车，通用汽车全力以赴，将13种材料使用于轿车车身上。而且，就像一位行业观察家所说，他们为了将铝、碳钢、镁和塑料等不同材料一块块的拼接在一起，通用汽车采用了汽车行业最复杂、最先进的复合材料制造工艺，使用28个机器人焊接汽车的内外部车架。图1． 通用汽车2016款凯迪拉克CT6铝合金车顶与车身采用激光器进行焊接图片来自：通用汽车将光滑、轻量化的车身连在一起所采用的包括热融自攻丝、自钻铆接、首次使用的铝合金电阻点焊以及铝合金激光焊在内的工艺，也可能是未来美国汽车工业的连接技术策略（图2）。通过这种材料工艺组合，与采用全钢结构的重量相比，通用汽车成功地将凯迪拉克CT6的重量减少了198磅（89．81 kg）。图2． 通用汽车采用钢铝合金、锰钢等多种材料和特有的铝合金电阻点焊和激光焊等多种工艺，将凯迪拉克CT6的重量减少了198磅（89．81kg） 图片来自：通用汽车2015年1月在底特律汉姆川克工厂投产的CT6，是迄今为止最受瞩目的、加入轻量化潮流的车型。轻量化特别强调使用铝合金取代碳钢，并在很大程度上受到要求更为严格的、到2025年要达到油耗为54．5公里／加仑的联邦乘用车碰撞安全标准法规的影响。除了铝合金车顶采用了激光焊接，据通用汽车先进技术与焊接工程部经理Elaine Garcia介绍，通用汽车还使用激光焊接轿车车门与行李箱盖。“我们用激光焊接铝合金车顶和行李箱盖是因为它能够实现产品设计中的某种外观，而且用激光焊接铝合金车门是因为它允许更短的焊接法兰和更宽敞的车窗，”Garcia表示。阿帕小奇找到的下面的这个视频，就展示了凯迪拉克在美国底特律工厂中CT6铝合金顶棚与车身连接及后备厢盖总成连接激光焊。就像许多对于哪种工艺将被竞争者采用的争议一样，汽车制造商用哪种焊接工艺来制造更轻巧结实的汽车也要经过再三考虑。这是工业激光器所面临的要么捷足先登，要么被其他工艺，例如粘接或者点焊取代的重要时机。图3．通用汽车对凯迪拉克CT6采用了混合材料工艺，即用碳钢、铝合金和其他材料等多种材料组成轿车车身。图片来自：通用汽车铝合金的使用——已经在路上铝合金的重量大概是碳钢的三分之一，然而它们的强度却相似。据美国铝业协会的铝运输部估计，用铝合金替代碳钢每减重10％，车辆油耗最高可节省7％。尽管现在社会趋势特别强调轻量化，“在汽车行业铝合金不算新材料”，位于密歇根安阿伯的汽车研究中心总裁及CEO杰巴伦说到。他指出，1923年福特推出了一辆铝合金轿车，在60年代，汽车厂进行了复合材料实验。到了70年代中期，汽车上铝合金部件的重量还低于100磅（45．36 kg），而到了2013年该重量增加到350磅（158．76kg）。据2014年位于密歇根州特洛伊的德鲁克全球的一项研究，到2025年汽车上的铝合金重量被期望达到500磅（226．8 kg）。在很多领域，美国汽车工业刚刚开始赶上欧洲同行。与以前不同的是，巴伦说，现在已经加快使用铝合金替代碳钢了。这为激光器提供了机遇。近2年来，例如IPG Photonics的 CEO Valentin Gapontsev在季度电话会议中提到“汽车工业采用高强钢和铝合金生产轻量化汽车的趋势推动了光纤激光器的应用。”主要使用光纤激光器焊接CT6车身铝合金的通用汽车，2013年才开始在车身铝合金上使用激光焊接。到现在，通用汽车已经在多款车型，例如Cadillac Escalade（攀登者），Chevrolet Suburban（雪佛兰巨无霸），Tahoe（太浩），以及GMC Yukon（育空）也是用激光焊接铝合金的，加西亚说到。图4． 凯迪拉克CT6后备箱盖上的激光铝焊接焊缝 图片来自：汽车之家通常，汽车厂激光焊接主要用于悬架结构，例如将车门和后盖与白车身焊接在一起。凯迪拉克CT6的铝合金顶棚与车身的连接以及后备厢盖总成的连接就是采用了激光焊接工艺。
利用激光融化铝材质的钎料实现铝板之间的连接。其中后备厢盖的铝激光焊接焊缝无需经过打磨等处理就能够进行后续的涂装作业，足见该焊缝表面的平滑程度。而顶棚与车身之间的铝合金焊缝也无需打磨，仅需在涂装前涂上一层胶液并刮平即可保证后续漆面涂装质量。此外，整车厂最近开始采用激光器焊接内部构件，例如铝合金滤清器和操舵杆，以及电动汽车电池的铝合金外壳、铜极片等。激光工艺 vs． 非激光工艺有大量IPG Photonics的光纤激光器用于车身线焊／钎焊应用。实际上，IPG在2015年5月投资者会议上阐述，他们相信光纤激光器焊接的市场机遇远远大于切割市场的市场机遇。IPGPhotonics对采用激光线焊机（LSS，一种集成激光焊接和工件夹持的机器人焊接工具，可浏览下方视频）取代几种汽车应用中的电阻点焊工艺充满信心。在某次季度电话会议上，ValentinGapontsev表示LSS能用于加工不同的材料，例如碳钢、铝合金、不锈钢，而且焊点的强度是传统电阻点焊的两倍。”