四束雷射開啟新局：Gestamp 公司以更高效率焊接白車身

現代汽車製造面臨日益嚴苛的要求。零部件需要更輕量化，生產需要更高效率，投資成本需要進一步降低。與此同時，生產流程的複雜度持續提升，尤其是白車身製造。總部位於西班牙的跨國汽車零部件供應商 Gestamp 公司正積極應對這一挑戰。該公司與 TRUMPF 攜手開發了一項創新性的工業級雷射焊接製程，可在傳統製程難以勝任的場景中發揮優勢——例如對大尺寸的塗層結構件進行快速且靈活的焊接。「我們以大型結構件替代眾多單件，從而簡化工業化生產流程。這樣就可以降低總裝環節的複雜性，減少設備與人力資源投入，並有效降低成本」，Gestamp 公司焊接技術總監（東京和畢爾包）Miguel Angel Ferrandez 表示道。

在汽車製造行業有一條基本原則：車輛所需零部件越少，生產效率就越高。Gestamp 公司正透過 Ges-Gigastamping® 系列持續推進這一戰略——該系列為採用高強度鋼透過熱成形製造的大尺寸結構組件。這些大型結構件在重量表現、結構穩定性和碰撞安全性方面具有顯著優勢，但同時也對焊接製程提出了更高要求。「挑戰從材料層面就已開始」，Miguel Angel Ferrandez 解釋道。「我們加工的是帶鋁矽塗層（AlSi）的熱衝壓成形鋼。這種塗層能夠保護零部件免受腐蝕，但同時也使焊接變得極具挑戰。因此，我們有必要以一種工業級雷射焊接製程取代傳統焊接方法，從而實現更高的速度與更大的靈活性。」

此前，Gestamp 公司已透過開發新型的 G-Weld 雷射焊接製程完成了技術鋪墊。該製程的核心是一種 G 形搭接焊縫，專為搭接板件而開發。與傳統製程相比，該焊接過程更加高效，可形成更穩定的焊縫，並將焊接速度最高提升至原來的五倍。不過，與點焊不同，在雷射焊接前必須去除 AISi 塗層。這一額外的工序在一定程度上抵消了速度優勢。為此，Gestamp 公司向 TRUMPF 的雷射專家尋求支援。「我們的目標是在無需透過前置工序去除塗層的情況下，實現對零部件的安全、高效焊接」，Ferrandez 表示。「只有這樣，我們才能精簡製程，並提升零部件品質。」

在對帶塗層零部件進行雷射焊接時，難點在於兩種不同材料難以實現均質結合。在熔化過程中會形成鐵素體這種晶體結構，從而對焊縫品質產生不利影響。TRUMPF 汽車行業全球業務發展經理 Marc Hummel 解釋道：「解決這一問題的關鍵在於光束整形——針對 Gestamp 公司的應用需求，採用的是多焦點（Multifokus）選項。」 在多焦點（Multifokus）選項下，雷射束會被分成四束能量輸入相同的子光束。每束子光束均由一束核心光束和一束環形光束組成。後者透過提供額外能量，使熔池更加穩定，從而有效抑制飛濺的產生。四束子光束可在熔池中對 AlSi 塗層實現可控且均質的混合，從而避免鐵素體的形成。最終實現的效果是：焊縫穩定，強度和抗拉性能顯著提升。Hummel 形象地比喻道：「這就像攪拌麵團一樣， 攪拌器越多，混合越充分，就越容易把那些礙事的結塊攪散。」

對於 Gestamp 公司而言，這一全新的工業化製程方案帶來了一系列優勢。Ferrandez 總結道：「得益於 TRUMPF 的光束整形技術，我們的焊接速度顯著提升，同時焊縫品質也得到明顯改善。除此之外，對於大型結構件而言非常重要的是，雷射焊接在不降低製程速度的情況下還能顯著提升焊接可達性，這便為我們帶來了切實收益。而且由於採用局部焊接製程，我們還實現了所謂的半可視表面效果。使焊縫在外觀上幾乎不可察覺。」

目前，這一全新的焊接製程已在內部完成驗證。Miguel Angel Ferrandez 表示：「與 TRUMPF 的緊密合作是成功的關鍵因素之一。從一開始，TRUMPF 的角色定位就不僅僅是一個技術供應商。我們雙方共同開發出了一套解決方案，具有從根本上改變結構件製造方式的潛力。」