汽车制造中的遥控激光焊接技术概述(doc11页)

1、驚警中的遥控激光焊接技 不概述（d oc 11 页） 汽车制造中的遥控焊接技术 本文主要是对遥控激光焊接技术在汽车制造中的应用情况 各方面的介绍，同时也简单介绍了遥控激光焊接的原理。 一套遥控激光焊接系统（RWS）在墨西哥柏布拉市 Magna-Autotek投入满负荷生产。这套RWS采用了高功率C02 激光器和可动反射镜，用激光束的能量焊接板金件。大功率、 光束质量极好的C02激光器的问世，使该技术能够应用于lm X lm或更大的加工面积。这种方法同传统工艺相比具有周期 快、占地小等优点。Magna-Autotek是一级”汽车供应商, 在供给一家汽车总装厂的一种零件上他们釆用了遥控激光 焊接技

2、术。 该零件是2005大众捷达A5车门防侧撞杆，由三个 冲压件焊接而成。在这个镀锌低碳钢组件上有12条搭接焊 缝。满负荷生产始于去年十月，预计5年内年产317, 000 因为有左门和右门之分，防侧撞杆年产634, 000件。Autotek 厂实行每周5天的两班工作制，相当于每小时生产235件, 即每个零件耗时大约15.3 so 用户零件图上规定了激光焊接，因为该零件已经以 这种方式在德国生产，且墨西哥的工厂也采用同样的零件装 配汽车。为了确定最适合于该用途的激光焊接工艺，Autotek 对工业机器人用Nd:YAG激光器和遥控焊接CO2激光器进行了 评价。如上所述，该零件在德国采用Nd:YAG激

3、光器和工业 机器人生产。Autotek为这两种焊接方式分别制定了方案， 并向一些潜在的“集成系统供应商”询价而获得投资成本。 针对这一应用的结论概括如下： 两套系统的投资费用大致相同，一套RWS工作站 和2台Nd:YAG激光器的成本相当。现有Nd:YAG系统焊接一 个零件需要24秒。循环时间分析显示，RWS可在26秒内焊 2件（几乎是上述结果的两倍）。因此，在实际生产当中， RWS可以达到每15. 3秒一件的满负荷生产率。 RWS系统的维护成本低得多。Rofin “板条式” CO?激光器不需要更换任何光学器件，只须每8个月更换一 次预混气瓶。而Nd:YAG激光器需要频繁更换泵浦灯，耗电 较大，

4、而且必须经常更换聚焦镜的保护盖。 RWS易于程控实现不同的焊缝形状和摆焊功能, 这一特性为按照零件结构“定制”焊缝模式、改进总体焊接 强度和零件刚度提供了较大的灵活性。 RWS提供更高的激光功率和从一个焊接位置快速 (50ms) “跳”到另一个焊接位置的能力。这大大加快了生 产周期，为今后使用该系统焊接其它零件提供了灵活性。 根据这一分析，Autotek断定，就焊接防侧撞杆的用 途而言，RWS是具有成本优势和较高灵活性的解决方案。 遥控激光焊接原理 上世纪九十年代后期，大功率（最小3kW） C02激光器 已经可以提供很高的光束质量。如图2所示，标准RWS包括 大功率（可达6 kW） CO2激光

5、器和“遥控”长焦距（通常 1000mm-1600mm）扫描系统。由计算机驱动的运动系统可以 象机器人或CNC控制器那样执行编程路径，完成饭金组件的 激光焊接。 光束扫描运动依赖于高速直线电机或检流计电 机，这些可由制造商设定。这使光束能够从一个焊接位置迅 速移动到另一个焊接位置，所需时间少于50ms。扫描器还提 供定制式可编程序焊缝形状（针脚形、环形、鱼鳞形等模式）, 使用户对于特殊的焊接处能够釆用最合适的焊道轮廓o 焊接特征对比 以下是遥控激光焊接与传统工艺的对比概要，以进 步说明RWS工艺在循环时间和占地面积方面的优势。 电阻焊：电阻焊或点焊具有以下典型参数： 焊接时间+机器人移动焊枪的时

6、间34 s； 可焊接旷3层，标准母材总厚度2-4mm； 可焊接镀锌和裸钢板； 焊接时，焊枪起“夹钳”的作用，将母材拉在一起。 电弧焊：电弧焊（GMAW） 般具有如下典型参数: 焊接速度lm/min； 利用送丝机构焊接不同的焊缝（角焊缝、对接焊缝等）, 可焊2层； 母材厚度通常为广3 mm,总厚度26mm； 可焊接镀锌和裸钢板； 容许1/2焊丝直径左右的装配间隙。 激光焊接：遥控C02激光焊机具有如下典型参数: 焊接速度Q36 m/min； 焊接时间约0203 s,假定一个点焊焊缝 可焊接2飞层，标准母材总厚度2-4mm； 可焊接镀锌或裸钢板，但是必须解决锌的挥发物排放问 题; 要求焊接点最大装

7、配间隙在0. CO. 2mm左右。 循环时间对比：如上所述，激光焊速快于传统工艺, 无论如何，循环时间的显著增益还来自于激光束在焊缝之间 的“快速移动”，即迅速改变焊接位置。机器人通常需要 053s移动到下一个焊接位置，而遥控焊机小于50ms o如 果把焊接时间和“快速移动”时间相加，可以断定遥控焊接 的循环时间比机器人型Nd:YAG快2倍左右，比电阻焊或电 弧焊快610倍。 占地面积对比：遥控焊接法比其它焊接法快2飞倍, 因此一般需要较小的占地面积。事实的确是这样，因为焊接 电源的数量以及焊接台和传输设备的数量明显减少了。同其 它焊接方法相比，RWS装置可能只占2550%的空间，因用途 而异

8、。 灵活性对比：焊枪与零件没有实际的接触，因此可 以随时调整焊接台使之适应别的零件，只须更换工装和调用 不同的程序。这样使其具备了一站式处理一系列由低到中批 量冲压飯金装配件的能力。如果产品包含许多需要进出小面 积工作区的零件，则将需要智能化的物流解决方案。 系统布局和说明 Magna-Autotek决心使自己成为集成供应商”，以 便更好地控制工装设计和更好地理解整个工艺。系统布局和 工装设计始于2003年3月。到2003年12月，系统装配完 毕并焊接首个零件。激光器、扫描器和冷却器全部装在夹层 的顶部，以节省空间。在扫描器箱的下面是一个回转式工作 台，工作台装有两套夹具，因此可以在一套夹具焊

9、接零件的 同时另一套夹具进行上料。楼梯是到夹层进行日常系统维护 的通道。整个激光单元必须坐落在专门的底座上，以吸收距 离激光单元不足25米之远的冲压车间的振动。为了避免发 生大的意外，在安装之前进行振动测量是绝对必要的。地面 振动必须小于激光器厂商规定的极限。而且，必须考虑安装 排气系统，因为烟尘能够吸收激光。 实际系统其设计思想是一个回转式双工位手动上下 料工作台，装于一个工位的两个夹具用于左侧门装配件的焊 接，装于另一个工位的两个夹具用于右侧门装配件的焊接。 操作员把焊接好的组件卸下来，把它们放入箱子，然后装i 一组新的冲压件，按“循环开始”键。于是，工作台旋转， 启动焊接程序，过程重复进

10、行。为了保护眼睛，有一面半墙 随转盘旋转，为焊接过程提供一个不透光的密封环境。为了 工厂人员的安全，系统全部用薄金属板进行封闭，形成一个 “I级”安全焊接系统。 工装与等离子体抑制：尽管遥控激光焊接法速度快 且极大地节省空间，但是在工装和零件装配方面确实有一些必须予以考虑的难题。激光光束没有作用力，不像在点焊方 式下，电极装在焊枪或液压油缸驱动的夹钳上。如上所述， 电弧焊接利用送丝机构，而且考虑到了焊缝间隙。因此，为 了定位和固定待焊部位，激光焊接需要工装夹具。 此外，激光焊接镀锌材料时，需要设法排放锌的挥 发物。否则，锌在焊接过程会挥发，使焊缝产生额外的孔隙 和气孔。如果焊接镀锌材料，工装必

11、须同专用的零件夹具相 结合，共同提供挥发物排出的方法。 不管金属镀层如何（镀锌或无镀层）,C02焊接通常 需要抑制和/或驱散在激光焊接过程产生的等离子体，因为 等离子体干扰激光束，可能引起焊接过程不稳定或者完全无 法焊接。“等离子体抑制气体”或“保护气体”可以是氨、 氮、空气或某种混合气体, 具体用途和激光功率大小而定。 为了成功应用遥控焊接技术，气体喷嘴的位置和打开顺序也 是一个值得考虑的重要因素。 Autotek自行设计和制造了工装夹具，满足了对零件 的适当装夹及定位保护气体喷嘴的需求。第一套原型工装于 2003年1月完成，并在安大略省布兰普敦Magna的Promatek R 留出足够的时间进行投产前的开发; 早日确定并培训对系统实施和操作负责的小组成员。 今天,在实际生产中RWS的安装数量愈来愈多。尽管 激光与电阻焊或电弧焊(GMAW)相比是比较昂贵的焊接能源， 但系统总成本还是差不多的，而且RWS技术具