【編者按】具有優(yōu)異光速質(zhì)量的高功率光纖激光器經(jīng)常被用于汽車白車身的遠(yuǎn)程焊接票灰。其焊接速度和生產(chǎn)效率是電阻點(diǎn)焊或傳統(tǒng)激光焊接等任何其它焊接技術(shù)無法比擬的宅荤。但是過高夾具加工成本、龐大的激光安全房 膘侮，都限制著遠(yuǎn)程激光焊接的應(yīng)用的榛。

隨著汽車工業(yè)規(guī)模日益增大，電阻點(diǎn)焊和激光遠(yuǎn)程焊接的應(yīng)用已頗具規(guī)模潦故。有人贊成仔同，也有人反對這種應(yīng)用庐穴。激光遠(yuǎn)程焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是高效的焊接效率，及具有激光焊縫的各種優(yōu)點(diǎn)蝇硅，使焊接周期顯著縮短榛蜻。電阻點(diǎn)焊的優(yōu)點(diǎn)是自身帶有低沉本的夾緊技術(shù)，IPG光子有限公司已經(jīng)在新型激光線焊槍LSS中結(jié)合了這些優(yōu)點(diǎn)翁漠。

激光線焊機(jī)能夠在焊接前像電阻點(diǎn)焊一樣夾緊焊接件盅力，然后以振蕩模式，開始數(shù)個(gè)10mm長度的激光縫焊舆焕。激光焊接和激光器光束路徑在夾具的空心結(jié)構(gòu)內(nèi)按任，因此無需外部安全房屏蔽激光焊接棍详。該焊接機(jī)集成有排氣系統(tǒng)，用于排放焊接煙霧和煙塵臊岸。

激光線焊機(jī)采用一個(gè)縫焊代替?zhèn)鹘y(tǒng)電阻點(diǎn)焊的兩個(gè)焊點(diǎn)，扭轉(zhuǎn)鋼度明顯增加尊流。以同樣的節(jié)拍工作時(shí)，激光線焊的效率是電阻點(diǎn)焊的兩倍奠旺。

激光遠(yuǎn)程焊接的速度比電阻點(diǎn)焊高5-8倍施流，在焊接小型零件時(shí)具有無與倫比的經(jīng)濟(jì)效益响疚，可在車身焊接中多處應(yīng)用瞪醋。激光線焊機(jī)能夠替代車身焊接中使用的電阻點(diǎn)焊槍，可以集成于車身生產(chǎn)線中與點(diǎn)焊混線生產(chǎn)银受。

而新開發(fā)的激光線焊槍，帶有自夾緊系統(tǒng)因摸，安全的激光封閉系統(tǒng)蜗南，無需額外的激光安全房侦滩。激光線焊槍的使用及操作方式與傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊槍一樣饰测，但焊接速度是電阻點(diǎn)焊的2倍。激光線焊的焊接速度比點(diǎn)焊的高假祝，但比遠(yuǎn)程焊接低靡庵。激光線焊幾乎具有所有激光焊接的優(yōu)點(diǎn)：完成窄邊焊接、高強(qiáng)鋼板的焊接虎内、3層板焊接燕汗、鋁材焊接等等诅挖。低能耗低成本的IPG光纖激光器是車身組裝的新型利器。

激光遠(yuǎn)程焊接

激光遠(yuǎn)程焊接是指焦距大并通過傾斜光束（而不是以焊接速度移動(dòng)激光光纖或零件）來實(shí)現(xiàn)激光光束和工件之間相對運(yùn)動(dòng)的焊接虚烂。

遠(yuǎn)程焊接時(shí)需要高光束質(zhì)量胚茴。用于白車身焊接的首臺(tái)激光器為設(shè)有固定式掃描儀的CO2激光器蒋搜。隨著光纖激光器等固態(tài)激光器光束質(zhì)量的提高，還可以與更小的掃描儀一起使用判莉，掃描儀安裝在標(biāo)準(zhǔn)的6軸機(jī)器人上豆挽。

在實(shí)際的生產(chǎn)中使用兩套系統(tǒng)，均具有非常高的生產(chǎn)率券盅。典型激光功率為4-6kW帮哈，焊接速度為4-10m/分鐘。固定式掃描儀能夠掃描最大尺寸為1.4m x 3m的工作區(qū)域锰镀，掃描儀的焦距為1.6m（圖1）娘侍。

采用寬幅掃描儀掃描到的CO2-激光器和光纖激光器的典型焊點(diǎn)熔核，如圖2所示泳炉。圖片表明憾筏，光纖激光器的最大可能焊接速度高許多。這種運(yùn)行情況的原因是10.600μm（CO2-激光器）和1070nm（摻鐿光纖激光器）激光輻射的吸收機(jī)制不相同花鹅。由于波長更長氧腰，CO2-激光器具有等離子屏蔽效應(yīng)，使得焊縫上部更寬呐缸，從而降低了穿透能力三钦。

在實(shí)際的零件焊接中做堂，摻鐿光纖激光器的加工時(shí)間比CO2-激光器焊接零件所需的時(shí)間短30%（圖3）综货。

已經(jīng)有人開始通過引進(jìn)光束質(zhì)量等于或高于8mm毫拉的大功率固態(tài)激光器開發(fā)基于機(jī)器人的激光點(diǎn)焊機(jī)。這些激光器的光束質(zhì)量足夠用于0.5m或更長工作距離虽趋，以及通過靈活的光纖光束引導(dǎo)系統(tǒng)葛暇，標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人能夠用于將掃描儀移動(dòng)到不同位置。

還可以利用機(jī)器人以恒定速度在焊接件上方移動(dòng)掃描儀竣篷，當(dāng)掃描儀工作區(qū)域出現(xiàn)焊縫時(shí)尼软，可以利用機(jī)器人安裝式掃描儀使焊縫下降傲丹。這種焊接被稱為空中焊接便透，彌補(bǔ)了機(jī)器人安裝式掃描儀工作區(qū)域更小的缺點(diǎn)，并在整個(gè)機(jī)器人工作區(qū)域增加了工作空間酬俯。軟件包支持對這些系統(tǒng)的編程航厚，有助于優(yōu)化機(jī)器人軌道以及同步機(jī)器人和掃描儀的運(yùn)動(dòng)。

不過锰蓬，由于必須處理兩臺(tái)不同的控制器：一臺(tái)機(jī)器人控制器和一臺(tái)掃描儀控制器幔睬，只能由熟練的操作員對新部件編程和操作這些裝置。只有一臺(tái)控制器的工作解決方案如圖4所示芹扭。這是設(shè)有集成傾斜反射鏡的機(jī)器人麻顶，傾斜反射鏡能夠在機(jī)械臂內(nèi)快速做橫向和Z字形移動(dòng)。該機(jī)器人的控制器用于控制機(jī)器人的機(jī)械軸以及光學(xué)部件的運(yùn)動(dòng)舱卡。

進(jìn)行激光遠(yuǎn)程焊接時(shí)辅肾，主要焊接搭接接頭。對于高質(zhì)量的焊接轮锥，在夾緊連接件時(shí)矫钓，夾緊方式應(yīng)確保焊接件之間無空氣間隙或?qū)⒖諝忾g隙降到最小。必須使用相同方式舍杜，以便能夠在所有焊接部位確保無縫隙（cero gap）的夾具新娜。該應(yīng)用領(lǐng)域中打開狀態(tài)下的標(biāo)準(zhǔn)液壓夾具如圖5所示。關(guān)閉蓋子既可夾緊既绩，激光光束通過蓋子上的各孔進(jìn)入娶停。

出于安全考慮，激光遠(yuǎn)程焊接需要完全密閉焊接區(qū)域鹤曼，需要將零件往復(fù)移動(dòng)到外殼內(nèi)入撇。只有當(dāng)完全關(guān)閉激光器外殼以及重新關(guān)閉電氣安全電路時(shí)才能啟動(dòng)焊接循環(huán)榨狐。根據(jù)掃描儀技術(shù)和激光功率暇创，必須使用具有雙壁結(jié)構(gòu)和集成光學(xué)傳感器的激光外殼。這造成激光遠(yuǎn)程焊接方案的費(fèi)用增加以及使用的靈活性下降咱漱。

激光線焊機(jī)LSS

激光線焊機(jī)或激光點(diǎn)焊槍屈腻，能夠直接替代電阻點(diǎn)焊技術(shù)停间。激光線焊機(jī)可用作只能從單側(cè)進(jìn)入的零件的焊槍或C型槍，是翻邊焊接的理想解決方案（圖6）姑王。

激光線焊機(jī)可替代電阻點(diǎn)焊工藝叙棚，具有夾具和生產(chǎn)設(shè)備簡單的特點(diǎn)以及激光焊接的優(yōu)點(diǎn)。

激光焊接應(yīng)用于白車身生產(chǎn)盆战，具有下述優(yōu)點(diǎn)：

1.加工速度更快（循環(huán)時(shí)間更短）

2.焊縫更長粗排，使得部件強(qiáng)度增加，扭轉(zhuǎn)剛度更高

3.翻邊尺寸更短

4.可單側(cè)進(jìn)入

5.成本與電阻點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)相差無幾

6.高質(zhì)量的穩(wěn)定的焊接質(zhì)量

7.在部分焊穿的焊接中诈火，背部無縮溝兽赁。

光纖激光器與合適的焊接工具結(jié)合將會(huì)實(shí)現(xiàn)以上所有目標(biāo)。如圖7所示冷守。激光線焊機(jī)（LSS）通過疊加振蕩方式使激光光束做線性運(yùn)動(dòng)刀崖。為安全起見，通過矩形的空心壓力元件引導(dǎo)激光光束拍摇，壓力元件將各零件壓在一起亮钦，還用于確保激光安全。利用來自壓力元件底部的傳感器信號也能夠釋放激光光束充活。適用的最小曲率取決于壓力元件的長度蜂莉。40mm焊接的曲率不應(yīng)小于2m。

在通過外殼確定的范圍（標(biāo)準(zhǔn)= 40 mm）內(nèi)能夠進(jìn)行有或無振蕩（+ /- 1 mm）的激光焊接混卵。例如巡语，最容易的應(yīng)用是安裝在工業(yè)機(jī)器人第6軸上的模塊（30 kg輸送能力）。機(jī)器人將模塊移動(dòng)到要求的焊接位置淮菠。在這個(gè)位置男公，只能通過機(jī)器人的力量將它放置在部件上。在焊縫范圍內(nèi)合陵，部件下方的固定式工具用作反作用力或支撐（如圖6左所示）码完。

在典型步進(jìn)作業(yè)（40 mm焊縫、50 mm自由空間玉唉、40 mm焊縫等）時(shí)银悄，能夠以大約30 mm / 秒的焊接速度每1.3~1.5秒進(jìn)行一次激光焊接（見圖7）。在2.5s內(nèi)完成更換兩個(gè)焊接點(diǎn)的焊接循環(huán)婚拭，包括LSS移動(dòng)淫雾。

具有C-槍的激光線焊機(jī)（LSS）安裝在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的橫移裝置上。這與設(shè)有補(bǔ)償模塊的電阻焊接槍類似（見圖6右）墅波。這種型號工業(yè)機(jī)器人（80kg輸送能力）將LLS移入焊接位置簇像，并以可編程的力關(guān)閉。

系統(tǒng)的模塊補(bǔ)償各部件位置和幾何結(jié)構(gòu)的誤差。只利用激光焊接工具施加作用在系統(tǒng)上的連接力（0.5–3kN）芋总，這些連接力無需機(jī)器人捎虚。在典型步進(jìn)作業(yè)時(shí)，能夠每1.7–2秒進(jìn)行一次激光焊接套尤。

設(shè)有小型IPG 光纖激光器的激光焊接工具的特點(diǎn)：

1.步進(jìn)焊線焊機(jī)只需有效負(fù)荷為30kg的機(jī)器人泳柴。

2.基本型號能夠使系統(tǒng)焊接最大長度為40 mm的線性焊縫。

3.為了展開焊縫（2mm）笋妥，能夠視需要打開橫擺功能懊昨。

4.激光器采用非結(jié)構(gòu)非常緊湊的光纖激光器，功率為1-4kW春宣，總效率超過30%疚颊。白色車身應(yīng)用的典型激光功率為2kW。

5.免維護(hù)信认。

6. LSS是節(jié)約成本的激光系統(tǒng)材义，能夠在無復(fù)雜的激光保護(hù)外殼情況下使用。

7. LSS能夠以規(guī)定的力在焊縫區(qū)域連接將要焊接的鈑金件嫁赏。該過程在激光焊接期間減少了通常很高的夾緊力其掂。

8.利用軟件可以配置且通過現(xiàn)場總線接口能夠控制焊縫長度及所有其它焊接參數(shù)。

該系統(tǒng)的典型應(yīng)用為現(xiàn)在仍配備有許多電阻焊接槍的白色車身組裝線（見圖8）潦蝇。

目的是通過一條大約30-40 mm的激光步進(jìn)焊縫兩個(gè)大約30 mm典型距離的焊接點(diǎn)款熬。例如，如果是30個(gè)電阻焊接點(diǎn)攘乒，循環(huán)時(shí)間大約為75秒贤牛。如果以所述方式用激光焊接代替點(diǎn)焊，只需要15條激光焊縫袁挟。循環(huán)時(shí)間能夠減少钝菲，總共只需要37秒。意味著生產(chǎn)率和大幅精簡所需生產(chǎn)系統(tǒng)兩個(gè)因素拘栅。即使單臺(tái)LSS的成本比單臺(tái)點(diǎn)焊槍的高术偿，也能夠達(dá)到節(jié)約占地面積和減少投資的目的。

設(shè)有IPG激光器的LSS步進(jìn)線焊機(jī)系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)非常緊湊的高集成系統(tǒng)角涯，以理想方式擁有IPG 光纖激光器各項(xiàng)特點(diǎn)弓慨。它表明，現(xiàn)在車間比以前任何時(shí)候都更容易使用激光器腻区。本激光焊接系統(tǒng)已經(jīng)集成有激光器淤写、安全控制器、運(yùn)動(dòng)控制器以及水冷卻器份良，只需大約1m2面積示宫，大約2m高的空間骏挎。

結(jié)論

遠(yuǎn)程焊接時(shí)間非常短，節(jié)約5-8倍焊接時(shí)間捂滓，可代替點(diǎn)焊监氢。由于非常迅速地從一個(gè)焊接跳到下一個(gè)焊接布蔗，線焊機(jī)幾乎無空閑時(shí)間藤违。因此，激光光源和線焊機(jī)的工作周期達(dá)80%纵揍。即使單臺(tái)遠(yuǎn)程焊接設(shè)備的投資成本非常高顿乒，由于生產(chǎn)率高和經(jīng)營成本少，與點(diǎn)焊相比泽谨，成本也大幅下降璧榄。遠(yuǎn)程焊接是以至少20-40個(gè)焊接點(diǎn)焊接小型零件的經(jīng)濟(jì)型工具。

與CO2-激光器遠(yuǎn)程激光線焊機(jī)相比吧雹，在引進(jìn)高亮度固態(tài)激光器骨杂，如光纖激光器后，能夠?qū)嵤└吆芏嗟暮附铀俣刃劬怼C(jī)器人安裝式掃描儀系統(tǒng)增加了使用的靈活性搓蚪。激光跳焊機(jī)或激光線焊機(jī)比點(diǎn)焊快2倍，如果兩個(gè)能夠用一個(gè)振蕩的線性焊縫代替兩個(gè)靠在一起的焊接點(diǎn)丁鹉，能夠使用此類焊線焊機(jī)妒潭。

LSS系統(tǒng)是白色車身焊接的額外工具。它能夠替代在彎曲部件具有局限性的所有電阻點(diǎn)焊應(yīng)用榆博。LSS所需環(huán)境與受限制的點(diǎn)焊相同仲及，因此可以用于各種設(shè)備。

光纖激光器不僅可以代替現(xiàn)有應(yīng)用中的其它激光器侧焚，如遠(yuǎn)程焊接锭偿。由于光束質(zhì)量高以及結(jié)構(gòu)緊湊，它還是連接和替代傳統(tǒng)技術(shù)的新型工具摆地。LSS是根據(jù)生產(chǎn)需要使用的新一代激光工具葫柴，由于能耗低，總購置成本低狠浮，它是現(xiàn)代汽車生產(chǎn)中的經(jīng)濟(jì)解決方案舍辐。

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