激光掃描焊接(Laser Scanner Welding，LSW)技術是近幾年出現(xiàn)在國內外市場上的一種高效焊接技術，其針對多點焊接能夠極大地提高生產效率。

LSW與傳統(tǒng)的激光焊接主要區(qū)別是激光束定位方法不一樣，LSW技術通過激光束入射到掃描振鏡的X，Y軸兩個反射鏡上，計算機控制反射鏡的角度，實現(xiàn)激光束的任意偏轉，使具有一定功率密度的激光聚焦在加工工件表面的不同位置，實現(xiàn)焊接功能，同時負透鏡的線性移動，使焦點位置在Z方向上具有一定的調節(jié)范圍，激光掃描焊接的原理如圖1所示。由于聚焦鏡聚焦距離長，反射鏡小角度偏轉即可實現(xiàn)激光束在焊點(縫)之間可快速切換，其定位時間幾乎可以忽略不計。

激光掃描焊接一般以長焦距、大掃描范圍和高度靈活的激光束偏移為主要優(yōu)點，其可以利用500 mm或更長的焦距，掃描焊接范圍一般超過1 m，因此也將掃描焊接系統(tǒng)稱為遠程焊接系統(tǒng)(Remote Welding System，RWS)，更長的工作距離可以大幅降低激光污染。

為了減少振鏡掃描聚焦平面上的枕形畸變，激光束需采用動態(tài)聚焦技術或者f-θ場鏡對光束進行補償，保證工件水平面上激光功率密度相等，兩種補償方式的差別主要是掃描范圍大小不一樣。

激光掃描焊接技術使得焊接時間(beam on)占整個流程時間約90%，為工業(yè)生產提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好的經濟效益。如表1為LSW技術與傳統(tǒng)焊接技術對比。具體實物如圖2所示。

表1傳統(tǒng)焊接與激光振鏡掃描焊接對比圖

2.電阻焊與激光焊

目前，市場上針對大零件、復雜曲面零件進行快速的多點焊接，采用將機械手與掃描焊接相結合的方案，利用機械手多個自由度的靈活移動，可以將振鏡掃描頭定位到任意一點和任意的角度，所以也稱作三維激光掃描焊接。如圖3所示，汽車車身的焊接。

圖3.汽車車身激光焊

在汽車車身生產線，這種組合方案很是流行。如戴姆勒—奔馳、奧迪、大眾等都已經采用該技術大批量生產制造車身和各種汽車零配件，如車門、車側板、后貨架、座椅等。

在使用掃描焊接技術后，汽車車身的結構件可以變得更加靈活，焊縫形狀可以根據焊點的強度要求采用不同的形式，汽車制造業(yè)因此得益于重量更輕、更加經濟的高強度零部件。圖4所示為激光掃描焊接在汽車零部件焊接應用實例。

圖4.汽車焊接案例

隨著新能源汽車的異軍突起，動力電池的需求越來越大，激光焊接也就由之前的車身焊接，拓展到動力電池的焊接，汽車座椅的焊接以及汽車內飾的切割等應用。下圖即為激光焊接在新能源動力電池焊接中的應用實例。通過激光可以實現(xiàn)，遠程，多維度焊接，焊接質量有保證，根據工藝調整，外觀美觀無瑕疵。

新能源動力電池激光焊接應用實例圖片

雖然掃描焊接具有無可比擬的效率優(yōu)勢，但在其大規(guī)模應用還需解決如下幾個難點：

1.掃描焊接時因工作范圍大，焊接速度快，使得保護氣體很難準備，很難實時有效保護熔池不被氧化。目前針對此難題還沒有較為有效解決辦法，國外許多研究工作者建議將保護氣體添加在工件的夾具周圍，焊接時通過夾具將保護氣吹向工件需焊接的點位，但成本較為昂貴。

2.激光掃描焊接時，激光并不總是垂直入射到工件上面，影響了焊接熔池的空間形狀，可能影響焊接效果。

3.工裝夾具與零部件準備等也是迫切需要解決的問題，因激光焊接需要零件部件緊密搭接，特別是針對具有一定曲面的大型工件，須對其夾具進行定制。

4.降低對激光掃描焊接操作要求，進一步開發(fā)簡便的用戶操作界面，實現(xiàn)運動路徑疊加計算智能化，離線路徑規(guī)劃編程，在線獲取激光參數以及掃描振鏡數據，用于診斷、故障排除、保養(yǎng)等。

最后，針對激光掃描焊接系統(tǒng)的光學選型方案做一下分析。

激光器輸出到振鏡工作站，簡單的一套激光掃描系統(tǒng)分為激光器、QBH準直、CCD監(jiān)測、振鏡組和掃描場鏡五大核心模塊組成。

激光掃描焊接系統(tǒng)

焊接用激光器的纖芯直徑一般100~600um，對應的數值孔徑一般在0.1~0.22不等。

在確定激光器數據后，我們一般要根據掃描振鏡的有效口徑反過來計算準直透鏡的焦距。

例如： 掃描振鏡的有效孔徑是30mm，那么輸入到振鏡的光束就不能大于30mm，實際的經驗是選擇準直后的光束在20~25mm之間，即為振鏡有效孔徑的2/3~4/5.

假設光纖的數值孔徑NA= 0.12， 準直后的光斑為D，準直鏡頭組的復合焦距為f，根據公式D=2*f*NA.當20≤D≤25時，83≤f≤104，可以選擇f100的準直組件，即可滿足需求。

進一步可以根據激光器的芯徑大小和實際需要的聚焦光斑，來選擇合適的掃描場鏡。

例如，激光纖芯直徑為200um，根據光學聚焦公式：d≈dfiber*ff/fc，其中ff為掃描場鏡等效焦距，fc為準直鏡組焦距。

如果希望的聚焦光斑d=600um，則ff≈600um*100mm/200um≈300mm，那么可以選擇等效焦距ff≈330的標準場鏡。

下表（表2和表3）為常見的焊接用準直和場鏡模組的選型推薦：功率4kw以上~8kw

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