大众集团最早应用激光焊接技术在白车身加工上，对激光技术在汽车上的应用起到了极大的推广作用，然而许多人可能不知道，全球排名第一的汽车生产厂商------丰田汽车株式会社，在激光技术的方方面面上也有自己的技术探索与追逐，无论是激光切割、激光焊接还是激光熔覆、激光淬火，甚至用在自动驾驶方面的激光雷达技术，丰田都有涉足于其中。

本期会客室本刊有幸邀请到丰田汽车株式会社GAZOO赛车品牌发展部集团长谷中耕平先生，为大家分享激光熔覆技术与丰田汽车制造背后的故事。

谷中耕平先生

激光熔覆用于气缸盖气门座制造

谷中耕平先生在转去丰田旗下GAZOO事业部前，曾担任丰田表面改造技术部锻压设备技术室集团长一职多年，对激光表面处理有着深刻的理解和见识。结合实践经验，谷中耕平先生在采访时着重介绍了丰田汽车公司开发的耐磨合金直接沉积在气缸盖气门座上的激光熔覆技术。他表示：“与传统的压配烧结阀座相比，这种直接沉积工艺通过提高导热系数来提高抗爆震性，同时通过增加气门设计灵活性来改善燃烧效率。”

这项技术已在Toyota New Global Architecture发动机系列中采用，谷中耕平先生进一步解释道，“通过这项技术，我们还实现了创新的气缸盖设计，这能够帮助我们改善热效率与功率之间的权衡关系。”他继续谈到：“为了使该技术能够作为丰田发动机阵容中的全球标准得以应用，丰田还开发了一种具有高度可靠设备的新型节能制造工艺来促进将该技术实施到日本以外的生产工厂。”

采访中，谷中耕平先生介绍了：Toyota New Global Architecture（TNGA）是一种丰田的设计理念，旨在实现世界领先的热效率和特定功率水平。他解释道：“想要达成这些目标，就需要通过高速燃烧形成强烈的滚流和降低进气阻力来实现，而这两个目标通常不能共存。”因此，为了达成目标，需要创新性的阀座设计。“传统的压配烧结阀座需要一定的基板厚度才能将阀座固定在适当的位置，从而对端口形状产生约束并产生压力损失，”他讲到，“然而，采用激光熔覆的阀座让进气口能被设计成直的流路，从而可以在保持高流速的同时将进气吸入燃烧室。”

Mirai（日语：未来）是一款氢燃料电池车，于2014年12月15日在日本正式上市，这个命名代表了丰田对新能源汽车未来市场的看法和信心，2020最新款Mirai是基于丰田的高档后轮驱动TNGA平台完全重新设计的，激光熔覆技术同样起到了突出作用。

受益于汽业产业蓬勃发展激光熔覆技术阔步向前

激光熔覆阀座于1997年在丰田日本工厂的生产线上采用，随后进行了批量生产。据谷中耕平先生表示，丰田是全世界最先拥抱这项技术的为数不多的公司之一。“在最初的过程中，我们只需要通过固定激光光源、粉末和保护气体的加工点并旋转工件，就可以实现稳定的熔覆质量。但是，那时候的激光熔覆机非常大，并且当时使用的是二氧化碳激光作为热源，会消耗大量能量。由于二氧化碳激光器的转换效率低和介质气体的替代，熔覆设备的成本不仅很高，而且那时候设备中的激光器、粉末和气体的相对结构位置非常复杂。”

TNGA发动机系列的全球生产要求减小包层机的尺寸，降低工艺能耗，并简化维护和控制方法。为了解决这些问题，丰田开发了一种创新的熔覆工艺，来取代传统的工件旋转工艺，该工艺使用多个主轴的同时控制功能，通过刀具旋转工艺来旋转加工点，同时使用紧凑高效的半导体激光器作为光源。

谷中耕平先生介绍：“紧凑高效的半导体激光器能量密度低，光的能量输出更为稳定，所以在过程中实现了温和的无溅射目标。我们还针对激光熔覆的送粉设备进行了改善，由于送粉设备十分精密，如果和工具同步旋转的话，极有可能导致故障，所以我们使用了一种用恒定速率流动的载气输送粉末，这个载气输送的粉末设备是我们由传统的进料设备改造而成，”他进一步解释，“我们把进料设备封闭在一个气密的容器中，并设置了一个从送粉器到加工点的封闭系统，以防粉末污染。”

上述改进措施配合刀具旋转工艺，不仅把机器占地面积降低到传统工艺的三分之一以下，还把能耗降低到了传统方法的五分之一以下。此外，开发的处理喷嘴可自动定位和固定三个处理元件（激光，粉末和气体），进一步简化了生产现场需要的维护和控制。

“未来，汽车行业会越来越聚焦新能源汽车，作为世界上最早量产混动汽车的品牌，丰田在新能源领域也一直在努力尝试，除了混合动力汽车以外，丰田还对增程插电、氢能源电池汽车进行了战略布局。而我们如上所述的激光熔覆技术，不仅可以应用在传统的内燃机上，在新能源汽车上也会大有作为。”谷中耕平先生如是表示，“Mirai（日语：未来）是一款氢燃料电池车，于2014年12月15日在日本正式上市，这个命名代表了丰田对新能源汽车未来市场的看法和信心，2020最新款Mirai是基于丰田的高档后轮驱动TNGA平台完全重新设计的，激光熔覆技术同样起到了突出作用。”

采访最后，谷中耕平先生表示，相信随着新能源汽车技术地不断发展，会对配套的激光技术同样提出许多新的要求，也会有更多挑战亟待解决，丰田汽车也会紧随技术与时代的潮流，结合自身丰富的工程应用经验，开发出更多的激光技术。