就連接批量生產(chǎn)的汽車車身所使用的鍍鋅鋼板而言，二極管激光釬焊是一種行之有效的方法。專為這一應(yīng)用開發(fā)的釬焊光學(xué)元件，通過機(jī)器人沿著接縫移動(dòng)。激光束通過光纖被傳輸?shù)焦鈱W(xué)元件中，而銅硅線（CuSi3）則在釬焊過程中熔化。
激光釬焊技術(shù)取得成功的關(guān)鍵，除了能提供類似于焊接所展現(xiàn)的穩(wěn)定性之外，主要在于其高質(zhì)量的接縫外觀。激光產(chǎn)生的釬焊縫以其光滑、潔凈的表面以及對(duì)部件的牢固連接而著稱，在視覺上極具吸引力，而且?guī)缀鯚o需后續(xù)處理，清洗后便可立即著色上漆。與傳統(tǒng)的連接技術(shù)不同，激光釬焊能實(shí)現(xiàn)這種獨(dú)特的接縫效果，無需額外的覆蓋件，也免去了相應(yīng)的儲(chǔ)存和組裝工作。
然而，至少在一定程度上，激光釬焊技術(shù)現(xiàn)在已無法滿足人們所寄予的厚望。汽車制造商越來越多地轉(zhuǎn)向在車身上使用熱浸鍍鋅鋼板。熱浸鍍鋅比傳統(tǒng)的電鍍鋅更耐腐蝕，因而這種改變可以帶來技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。
由于新的鋼板表面特性，激光釬焊已無法達(dá)到往常的效果。靠近接縫處的飛濺物越來越多，尤其是細(xì)微飛濺物，起初很難被察覺，但在噴漆后就暴露無疑。接縫本身的質(zhì)量也出現(xiàn)下降，由于變得更粗糙，常會(huì)顯示出所謂的小波紋，如果超量，甚至?xí)鼋涌p外觀可接受的標(biāo)準(zhǔn)范圍。這些工藝上的困難使得汽車制造商紛紛從分銷商處尋求替代方案。
圖1：三光點(diǎn)模塊被整合進(jìn)Scansonic ALO3 釬焊光學(xué)元件（a）；優(yōu)化矩形光斑（或光斑）三光點(diǎn)模塊（b）。
在那時(shí)，已經(jīng)對(duì)使用矩形光斑而非傳統(tǒng)的圓形光斑的釬焊工藝進(jìn)行了測(cè)評(píng)。為了在釬焊光學(xué)元件中產(chǎn)生矩形光斑，我們?cè)赟cansonic ALO3釬焊光學(xué)元件中添加了均質(zhì)化模塊（圖1）。Laserline公司使用這種均化器產(chǎn)生矩形光斑從而使激光功率增強(qiáng)到10 kW，這一技術(shù)至今已被使用多年。
三光點(diǎn)模塊技術(shù)
目標(biāo)是產(chǎn)生一個(gè)矩形光斑，它所帶有的凹進(jìn)處可供焊絲。種幾何結(jié)構(gòu)并沒有直接帶來所期望的成功，但在一年之內(nèi)，就開發(fā)（包含幾個(gè)迭代階段）出了目前的三光點(diǎn)模塊，稱其為優(yōu)化矩形光斑（或光斑）模塊。在此解決方案中（圖1b），有兩個(gè)較小的光斑定位于主光斑的前方，用于燒蝕釬縫邊緣的鍍層。主光斑則熔化更大的范圍，直接順著一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，打造出所需的焊縫。
通過燒蝕接縫邊緣區(qū)域的鋅而使焊接過程變得平穩(wěn)，幾乎完全避免了飛濺物和小波紋的產(chǎn)生，從而得到了光滑而潔凈的接縫。
圖2：采用熱浸鍍鋅材料的釬焊測(cè)試結(jié)果為4.5 米/ 分鐘（a）。采用三光點(diǎn)模塊完成釬焊過程（b）。
通過釬焊光學(xué)裝置中的三光點(diǎn)模塊獲得的三束分布的激光具有多重有益的特性（圖2）。為實(shí)現(xiàn)上文所描述的平穩(wěn)的釬焊過程，必須保證三處光斑得到布局；而另一方面，準(zhǔn)確調(diào)整好三處光斑的激光功率分布也十分重要。此外，還應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用（車頂或是后擋板）或接縫幾何形狀為三處光斑設(shè)置不同的功率分布方案。專利的三光點(diǎn)模塊具有對(duì)主光斑與前光斑、及兩處前光斑之間的功率分布進(jìn)行無級(jí)調(diào)整的優(yōu)勢(shì)。
此外，憑借這一模塊，兩處前光斑之間的空間可以隨即調(diào)整。在觸覺式釬焊光學(xué)裝置中，三光點(diǎn)模塊直接位于集成旋轉(zhuǎn)軸之后，這也有特別用意。據(jù)介紹，由Scansonic擁有專利的觸覺式釬焊光學(xué)裝置已被投入應(yīng)用了一段時(shí)間，可顯著降低潛在的焊縫缺陷。
機(jī)器人在路徑和組件的精度上存在局限，而夾持技術(shù)也并不總能保證完全相同的焊縫位置。光學(xué)裝置將焊絲用作焊縫跟蹤傳感器，而前部伸縮臂扭轉(zhuǎn)以配合焊縫跟蹤。轉(zhuǎn)動(dòng)軸后，光束重新按45°鏡像定向，并跟隨焊絲指向。因?yàn)槟K集成于轉(zhuǎn)動(dòng)軸后，生成的三處光斑總是正確朝向焊絲。因此，可以對(duì)帶機(jī)器人和光學(xué)裝置的釬焊過程進(jìn)行編程。如果采用三芯光纖（市場(chǎng)有售）來生成三光斑，轉(zhuǎn)動(dòng)軸必須被排除在外。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，由于45°鏡像，前光斑將轉(zhuǎn)向主光斑軸，這將會(huì)引起工藝流程的波動(dòng)。然而有了三光點(diǎn)模塊，就不再需要特種光纖或激光器了。
世界各地的幾乎所有大型汽車制造商都選擇Laserline二極管激光器用于釬焊。光束參數(shù)為60 mm-mrad的二極管激光器屬于標(biāo)準(zhǔn)型激光器，公司已開發(fā)出用于這些激光器的三光點(diǎn)模塊，因而可以使用多達(dá)六通道的標(biāo)準(zhǔn)激光器。此外，標(biāo)準(zhǔn)光纖可以通過即插即用方式插入，有利于在老式系統(tǒng)上配備三光點(diǎn)模塊。在大多數(shù)情況下，使用中的標(biāo)準(zhǔn)激光器只需變動(dòng)光學(xué)元件即可。
由于所具備的各種優(yōu)勢(shì)功能，2016年初開始引入的三光點(diǎn)模塊已經(jīng)進(jìn)入了汽車生產(chǎn)鏈。現(xiàn)在，這種模塊被集成到幾個(gè)系列產(chǎn)品中。三光點(diǎn)概念為熱浸鍍鋅鋼板釬焊提供了一個(gè)采用常規(guī)生產(chǎn)工藝和技術(shù)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的理想的解決方案。
鋁合金焊接應(yīng)用
除了釬焊之外，鋁合金焊接是二極管激光器第二個(gè)最常見的應(yīng)用。在過去五年里，數(shù)十個(gè)功率為4-6kW的二極管激光器系統(tǒng)已完成現(xiàn)場(chǎng)安裝。
圖3：奧迪Q5 鋁合金后擋板，焊縫可見。