隨著汽車車燈行業的飛速發展?，F在主機廠對尾燈造型要求越來越高，尾燈功能趨于越來越復雜，由此引起的生產技術也隨之不斷創新，通常使用的裝配方案如熱板焊和振動摩擦焊接對車燈外觀影響比較大，已逐漸無法滿足某些特定尾燈裝配的要求。汽車車燈作為車輛重要的照明外裝配件，在功能上和外觀上都影響了整車的商品性。故而激光焊接順應趨勢發展，已經逐漸廣泛被應用于車燈領域，成為未來尾燈焊接工藝的新選擇。

激光焊接的產品

我們先來看看已經用了激光焊接來生產的汽車尾燈。如果不打開后備箱仔細查看，很難看出和常規焊接的燈有什么差別。

激光焊接的原理

汽車車燈的材料主要為樹脂，透明面罩為PMMA，燈殼通常為ABS或者PC/ABS。激光焊接的原理其實非常簡單，它是將待焊接的兩個或多個樹脂部件通過激光產生的熱能使樹脂部件熔化并完全粘合的技術，以此實現車燈的良好密封性。

如下圖的原理圖所示，將透鏡與燈殼兩種熱塑性材料用夾具夾在一起，透鏡在上，燈殼在下，施以一定夾持壓力。紅外激光束穿透上層透鏡，到達下部的燈殼表面，紅外激光光能轉變成熱能，使其表面熔化，同時熱量也以傳導方式，從底面傳遞到與其壓接的透鏡工件的接觸面上，形成一個熔融區，從而實現完整密封焊接。

焊接在一起的兩個部件必須具有不同的傳輸特性，即其中一個部件對紅外激光束的波長是透明的，而另一個部件吸收激光束的能量，吸光的零件在人眼看來并不透明?，F在使用的大多數激光器都在近紅外波段工作。在焊接過程中，激光束穿過夾緊工具和上部零件。當它碰到第二個零件的表面時，光被吸收并轉化為熱。然后，這些熱量也通過熱傳導傳遞到透明部件中，導致兩個部件接觸部分的材料熔化。塑料在冷卻后會再次硬化，以形成一種粘性連接。

由于激光焊接的精度遠遠高于熱板焊和振動摩擦焊接，且可穿過透明面罩對密閉燈殼進行焊接。聚焦后的激光功率密度高達105 -107W／cm2，零件產生的變形極小，熱影響區也很窄，零件外觀基本沒有破壞。因激光焊接需要不吸收激光能量的透明件的存在，故而特別適用于尾燈PC/ABS殼體與PMMA透明外罩的焊接。

在實際應用中，車燈激光焊接又有幾種不同的焊接工藝方法：

輪廓焊接：激光沿著塑料焊接層的輪廓線移動并使其熔化，將塑料層逐漸粘結在一起；或者將被夾層沿著固定的激光束移動達到焊接的目的。

同步焊接：來自多個二極管激光器的激光束，通過光學元件將激光束整形，激光束被引導到沿著焊接層的輪廓線上，同時在焊縫處產生熱量，從而使整個輪廓線同時熔化并粘結在一起。

掃描焊接：掃描焊接又稱準同步焊接，掃描焊接技術綜合了上述順序型周線焊和同步焊接兩種焊接技術。利用反射鏡產生高速激光束10 米/秒的速度，沿著待焊接的部位移動，使得整個焊接處逐漸發熱并熔合在一起。

后面我們著重介紹其中使用最廣泛的激光輪廓焊接的方式，激光器沿著需要焊接的輪廓快速移動，從而實現整個尾燈的完整焊接。

激光焊接的設備

我們以樂普科公司常見的激光輪廓焊接為例，焊接頭由機器人沿著透鏡輪廓移動并使焊接筋熔化，從而將塑料層逐漸粘結在一起，達到焊接密封的目的。

為了加快焊接的效率和提高焊接的質量，現在通常采用混合焊接的方式，就是結合激光和鹵素光源的優點。鹵素燈已被證明特別適合混合焊接。雖然鹵素燈在近紅外范圍內有最大的發射能量，但這些次級發射源與激光光源不同，它發射的是寬帶發射光譜。這些發射源的好處是，在混合焊接中，二次發射光源可以完成兩個不同的任務。首先，鹵素光的光斑直徑遠大于激光束。因此，由于兩個光源都聚焦在同一點上，它們給出了一個大的輻射圈，在外部急劇減弱，中心有一個高強度峰值來自激光束。當輻射圈穿過焊接線上的一個點時，材料首先被緩慢加熱，然后被激光束熔化，然后當它再次進入僅受鹵素光影響的區域時，再緩慢冷卻。這是混合焊接的最大優點：它可以防止焊縫冷卻過快，從而阻止應力在材料中積聚。另一個優點是鹵素光斑的連續光譜：當激光幾乎完全不受阻礙地通過透明的上部零件時，上層零件吸收了很大比例的二次輻射。這意味著上部透明部件并不像純激光焊接那樣完全通過間接熱傳導加熱，直接吸收二次輻射導致更均勻的溫度升高。同時使用混合焊接技術意味著生產線可以不再需要退火，從而省去部分焊接步驟。

激光混合焊接頭內還增加了一個空氣壓力滾輪。當機器人沿著焊縫移動時，該空氣壓力滾輪提供所需的夾緊力，可確保在材料在塑化區域內粘牢。在鹵素光源的熱量的支持下，上部焊接筋材料變得柔軟，空氣壓力滾輪可以滾壓透鏡而不留下痕跡，而焊筋上的頂出痕可以很輕易的消除。同時機器人在移動時，可以隨時調節空氣壓力滾輪的移動方向。因此，頭部的內部可以獨立于外殼旋轉。激光束闖過環形鹵素光源中間的孔，通過一個普通的聚焦透鏡聚焦?？諌杭稍诤附宇^上，即使焊接的零件本身有偏差，也能保持恒定的夾緊力。這項技術使得從頂部提供夾緊壓力的工具變得不必要，從而降低了設備的成本。

激光焊接的優缺點

較之于尾燈常見的熱板焊和振動摩擦焊接，激光焊接有著許多天然的優勢。

一是可以焊復雜輪廓的尾燈。常規的振動摩擦焊接，透鏡需要相對于燈殼做高頻往返振動，焊接區域因為摩擦而融化粘接，從而要求在移動的方向上透鏡和燈殼不能有大的轉折或斜面，因此對尾燈的3D形狀有很多限制。熱板焊相應限制少一點，熱板需要融化透鏡和燈殼的焊接筋，太大的斜面會導致焊渣的分布不均勻。而激光焊則很好的解決了這一問題，可以通過機器人或者光學折射原理來控制焊接的時間和位移，因此可以焊接各種復雜形狀的尾燈，符合現今車燈的設計趨勢。

二是焊接的外觀好。如下圖所示，振動摩擦焊的焊渣比較不均勻。而使用熱板焊接，產生的焊縫則更加不均勻，控制不好還容易產生樹脂燒焦的黑點。為了掩飾振動磨擦焊和熱板焊接方法中的焊渣，很多外觀要求高的尾燈都要求透鏡做成雙色注塑，焊接的輪廓區域用不透明的黑色或紅色的框架來遮擋焊渣。這種方式無疑會增加透鏡的成本。相比較而言，激光焊接需要熔化的焊接筋體積小，因此產生多余的焊渣少，肉眼上很難看出焊接的缺陷。

三是對汽車尾燈透鏡的一個重要要求是其耐腐蝕性溶劑，如燃料、乙醇和防腐蠟。所有這些溶劑都會降低熱塑性材料的表面應力，如果降低的表面應力低于零件內應力，零件會開裂。對振動磨擦焊和熱板焊來說，焊接筋處的內應力非常高。因此在這些溶劑的影響下，焊接筋處很容易開裂。為了降低開裂的風險，車燈供應商在振動磨擦焊或熱板焊之后都會對整燈進行退火。因此在裝配工藝后會有一個退火箱，將零件加熱到80°C并緩慢冷卻，這個過程最多需要45分鐘，對車燈供應商的精益化生產線的架構提出一定的挑戰。而激光焊接則不存在這一問題。

當然激光焊接也有一些缺點：

• 焊件位置需非常精確，務必在激光束的聚焦范圍內。

• 對零件的尺寸要求較高，必須確保焊件的最終位置在公差允許范圍內。

• 設備投資相對振動焊和熱板焊來說稍顯昂貴。 

激光焊接的焊縫光滑、焊接靈活、強度高、焊接速度快等優勢,已成為車燈焊接中的潛力股,隨著激光技術的發展，設備成本的下降，激光焊接將逐漸成為車燈焊接的主流工藝，近幾年的增長趨勢已逐步顯現。