2009年中国汽车产销量双双突破1300万辆，首次超越美国成为世界第一汽车生产和消费大国。但我们必须清醒地认识到，这只是数量的超越，而不是质量的超越。我国汽车产业在品牌知名度、国际竞争力、核心技术、自主创新等方面，与欧美、日本相比还有很大差距。从汽车的生产大国发展成汽车强国，还有很长的路要走。
世界各国经济的竞争，很大程度上是制造技术的竞争，因为只有注入了最新技术成果的产品才能在市场激烈的竞争中胜出。激光制造技术便是从日趋激烈的竞争中应运而生的一种新型的先进制造技术。它在包括汽车工业在内的制造业领域应用日益广泛，在改造和提升传统产业和发展高新技术产业起着前沿开拓者的作用。在欧美工业发达国家中，激光技术已普遍应用于汽车制造中，在我国国产汽车的制造中也已起步，倍受关注。
本文简要阐述汽车制造业采用激光技术的重要性，并介绍激光技术在汽车工业中的若干应用实例。
汽车制造为什么需要采用激光技术？
汽车行业是高新技术高度集中的行业。目前，激光技术几乎渗透到了汽车制造的各个部分。如图1所示，从白车身、安全装置、车内设施、电器仪表到变速箱，发动机等等，激光技术在汽车制造中应用非常广泛。
汽车制造为什么需要采用激光技术？很简单，汽车客户的需求。因为汽车客户的需求就是汽车制造发展的需求，就是对汽车设计和制造的要求。客户的需求是什么？除了要求汽车设计合理，人性化，灵活，操作简便，环保以外，汽车客户对汽车的质量，安全性能，价格，运行成本，耗油量等等的期望越来越高。为了满足客户日益增长的要求，汽车制造必须不断寻求新的工艺。下面举一些激光在汽车制造中的应用实例来说明，正是客户的这些需求，推动了激光技术在汽车工业应用的发展。
激光在汽车制造中的应用实例
1．激光搭接焊
在汽车白车身的制造中，许多部件需要用到搭接焊工艺。传统的方法采用电阻点焊（图2a）。其基本原理是：焊件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热进行焊接。图2a示意出了电阻点焊常用接头，焊件凸缘和焊点的几何尺寸。
激光焊是一种非机械接触的焊接工艺（图2b）。激光器发射一方向性极好的光束照射在工件上，由于该光束聚焦后的光斑很小，所以能量密度很大，它可以穿透熔化待焊工件，熔化后的金属重新凝固从而实现焊接。图2b示意出了激光焊接工艺中激光束、焊件凸缘和焊点的几何尺寸。
比较图2a和图2b可以看出，采 用激光焊接，焊件的凸缘可以小很多（电阻点焊至少需要14mm，而激光焊仅需8mm），这是因为电阻点焊受到接头尺寸限制的缘故。因此，采用激光焊接后，可以节省材料，从而降低了成本，减轻了车身重量。
同时，采用激光焊不仅可以点焊，而且可以很容易实现快速的连续缝焊（图3）。连续的焊缝比单个焊点的强度要好得多。因此汽车结构强度增加，质量更可靠。此外，激光焊还有焊缝深宽比高，热变性小以及无电极磨损（与电阻焊不同，激光焊无机械接触）的突出优点。而且，激光焊速度快，生产效率高。例如，用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件，平均是20点/min，焊距是25mm，即速度为0.5m/min，用激光焊速度可以达到5m/min以上，为电阻焊的10倍。 这些显著优势，满足汽车制造的发展需求，满足汽车客户上述造价更低、耗油更少、质量更可靠等要求。因此，目前在汽车制造的搭接焊工艺中，激光越来越普遍地取代了电阻焊。
2．激光拼焊
传统上汽车车身零件有两种成形方法：分离成形和整体成形。其中，分离成形方法是利用不同的压机分别成形单个零件，然后将各个零件焊接起来组成目标部件。这种方法虽然提高了材料选择的灵活性，但同时也增加了冲压和加工成本、装配成本以及形状配合问题，并且由于点焊时材料的重迭额外增加了车身的重量。
整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身结构设计的观点来看，每个车身零件具有不同的厚度和抗腐蚀性能要求，如果是单一板成形，必须对所有零部件的材料采用相同的等级、镀层类型和材料厚度，导致对某些零件的选材裕度过大，造成车身重量增加，造价提高，并且还会增大成形难度。这是整体成形方法与分离成形方法相比的一大缺点。
为了降低车身重量、提高车身的装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本，减少车身零件的数目同时将其整体化是非常必要的。因而，一种同时克服传统分离成形方法和整体成形方法的缺点的生产形式 ― 拼焊板冲压成形发展起来了。
拼焊板是将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件不同部位对材料不同性能的要求。
以车门内板为例：为了保证功能的需要，车门内板的主体必须有一定的柔性，而门板的前、后部需要有一定的强度。如果采用传统的冲压成形方法就需要另外设计加强板，而采用拼焊技术，可先将三块不同厚度的钢板拼焊成一块整板，即可冲压成形。
激光焊接具有能量密度高，焦斑小、无填料、无搭接、深熔、热影响区小，从而焊缝处的热应变值低，良好的材料成形性能得以保留，焊缝狭窄而平整，且速度快，焊接生产效率高，能够实现高度自动化等许多独特优势，因此激光拼焊在汽车制造中得到广泛应用。图4示出激光拼焊生产线某客户现场。
3．激光机器人扫描焊接
激光与机器人相结合，生产效率可进一步大大提高。目前激光机器人扫描焊接已被众多汽车制造厂广泛应用。
激光机器人扫描焊接又称远程焊接。从激光器输出的激光束通过光导纤维传至安装在机器人上的可编程聚焦光学头（即PFO，Programmable Focusing Optics），聚焦光学头内装有两片高速扫描反射镜（常称“振镜”），它们使激光束按所编程序的路径作高速而精确的运动，通过远心透镜聚焦实现工件的焊接。由于在机器手运动的过程中，两片振镜亦可同时进行高速扫描，因此也称为飞行焊接。
激光机器人扫描焊接的特点是速度快，焊接头离工件远。其应用很广泛，仍以上述汽车白车身制造中搭接焊为例。如图5所示的车门的焊接，大众汽车公司传统的电阻点焊工艺采用4个机器人，5个焊枪，焊34个点，加上装卸时间，一共需要34.7秒；现在采用激光扫描焊接，完成同样的工作，即34个焊点，但焊点形状为C型（C型焊点较圆点型焊点强度更高），只需1个机器人，1个光学扫描头（PFO），而时间缩短为13秒（图6）！
4．激光三维切割
当今汽车制造一个新的趋势是使用超高强钢材料。超高强钢材料因经过特殊的硬化处理，具有极强的抗形变特性，通常强度达到1400 MPa甚至更高。
为什么汽车制造要使用超高强钢？首先是出于提高汽车安全性能的考虑。图7示出了相同碰撞试验条件下Golf 1（没有采用超高强钢）与Golf 5（采用了超高强钢）得受损情形。显然，采用了超高强钢的Golf 5的情形要好得多。驾驶室基本没有变形，受重伤的司机还能很快抢救出来。没有采用超高强钢的Golf 1的情形就不一样了，驾驶室变形严重，司机的伤势将严重得多，而且车门已经卡住，需要寻找锯子之类的工具才能打开，必定延误抢救伤员的时间。若碰撞从侧面发生，这一问题将更加突出。
其次，采用超高强钢后，在增强防撞功能的同时，可以减少部件数量，减轻汽车重量。这是因为采用超高强钢后，可以省去以往的加固件了（图8中打叉的部件不再需要）。
然而，采用超高强钢后，过去制造这些结构件的机械冲床便不再适用，因为超高强钢的硬度与机械冲头相近，用机械冲的方法，冲头将极易损坏。而激光切割无机械接触，不存在磨损问题。因此，激光切割超高强钢是必须的选择。
5．汽车差速齿轮的激光焊接
激光应用渗透到了汽车制造的各个部分，远不止于上面叙述的白车身制造的例子。汽车差速齿轮的激光焊接就是在汽车动力系应用的一个例子。
图10示出汽车差速齿轮螺栓连接与激光焊接的比较。显然，激光焊接取代传统的螺栓连接后，节省了螺栓，减轻了重量，缩小了体积，降低了噪声，实现了生产的自动化，提高了生产效率，完全符合汽车制造发展的需求。
结语
激光技术在汽车工业领域应用十分广泛，从白车身、电器仪表到传动部件，从焊接、切割到激光打标，到处都有激光技术的应用，不胜枚举。激光以其光斑小，能量集中，功率密度大，加工效率高，热注入量少，工件变形极小等多方面的独特优势，在工业制造业的许多应用领域正在逐渐取代传统的加工工艺，而且发展迅猛。这是因为激光技术应运了制造技术的发展需求，能大大提高产品的市场竞争力。
