供稿：通快（中国）有限公司激光技术部

汽车业巨头GKN Driveline在14年前开始使用激光焊接传动系统组件。现在，这一久经考验的系统又升级为碟片式激光器，并且正在三个大洲内得到推广。

在黑森林地区的生产车间，墨西哥GKN Driveline 工厂的焊接技术专家 Antonio Torresplant和他的同事Neil Plant 和 Martín Sánchez正在专注地观看设备如何处理他们携带的传动组件。一个夹钳夹起法兰上的一个郁金香形盖板。外形类似于一个倒置的大礼帽，盖板略微大于一个拳头。法兰和外壳已经通过压紧连接起来，并实现过盈配合。它们被放在转台的零件夹具上，并从内侧固定。转台转动到下一个工位，在该工位顶部装有感应器。数秒内，法兰的顶部将被加热至炽热状态，金属会冒烟并变红，同时高温计的红外光束会测量零件的温度。转台转动至焊接单元。在这一工位，零件同样由高温计监测温度，在冷却之前，碟片式激光器发射出来的激光束已经在零件上形成了六道整齐的焊缝。在最后一个工位，夹钳将组件从夹具上移开，并放在激光打标工位内打标。郁金香形盖板降低至传送带。整个过程仅持续数秒。

Torres 连接了他的电脑，对每个参数进行追踪。“我从同事那里了解到很多关于这种系统的信息，其展示的周期时间和精确度仍然给我留下了深刻的印象。”几天前，他从墨西哥中部的塞拉亚出发，来到了德国南部。他此行到 KMS Automation一家制造技术公司去考察设备，目的是他不久将采购该种设备，用以提升自己工厂的产量。

碟片式激光器深熔焊

GKN Driveline 是最大的汽车传动系统供应商之一，提供各种传动系统解决方案。在这里，精确定时的量产流程同时实现了高品质的产品质量。GKN 在墨西哥的工厂目前正在扩产阶段，Torres 将进一步丰富供应的产品类型。”这也意味着我们将采用新型的生产技术。从现在起，固体激光器将在我们的生产操作中发挥持续性的重要作用。”

Neil Plant 到黑森林地区的行程比Torres 要短得多。他在英国伯明翰的 GKN 总厂担任生产开发焊接方面的经理。正如 Plant 指出的，“激光焊接在 GKN 并不是一项新技术。二氧化碳激光焊接系统稳固、快速，而且无需修饰工作，因此我们在 14 年前便引进该技术作为我们产品的标准焊接技术。刚开始时，激光焊接工艺都被认为成本太高，但却可以显著降低产品生产成本。”
大多数生产传动系统组件的公司都转而采用二氧化碳激光焊接工艺。到目前为止，只有该种技术能够实现承受持续高压所需的焊缝深度。近年来，通快公司工程师大幅提升了碟片式激光器的光束质量，使固体激光器也同样可以达到这一要求。Torres 的新设备便是其成果的最佳例证。

Neil Plant 说，“新型激光焊接系统已经成为我们生产中的标准系统，并且正在逐渐在我们其它国家的工厂中推广应用。”其中之一就是生产工程师 Huo Chenghui 所在的上海工厂。“我们的客户希望我们能够尽快应用这一技术。碟片式激光器的工作效率之高给我们留下了深刻的印象，未来，我们计划在我们所有的小型组件中使用这种技术。”Huo Chenghui 很快就要订购 Torres 工厂所使用的同款碟片式激光焊接系统。“我们在德国茨维考的同事已经应用了这种技术，成效十分显著。我们也希望采用这种技术。”

感应器——完美的搭配

事实上，GKN 最先是在茨维考使用激光焊接技术的。负责茨维考工厂的中央处理和运营规划的 Zoran Bubic 回忆道：“十四年前，我们和通快公司合作，运用二氧化碳激光器焊接技术。当时所面临的问题是寻找一种预热工件的有效方法。”

他们采用的解决方案是感应加热。Bubic 说：“这种方法非常适合焊接，因为它可以提供快速局部加热，而且可以简单地整合到工艺中，自那时起，便取得了可靠、令人满意的生产成效。”“然后，几年前，为应对日益增长的客户要求，我们想要再增加一套焊接系统。这种系统需要大幅降低生产成本，同时达到同等的质量水平。”和通快公司一起，德国 GKN Driveline 公司的工程师共同决定在焊接工艺中使用 TruDisk 5302 纤维导向碟片式激光器。位于迪琴根的HTH登陆入口网页 实验室和 GKN Driveline 共同确立了焊接参数，包括加热温度、激光输出、焦点位置、焊接速度等等。Bublic 解释说，“我们的客户都是世界顶级的汽车制造商，他们非常清楚期望的组件是什么样的。例如，就焊缝的规格要求就有很多页，包括焊缝气孔的大小和数量、接缝误差、焊缝凹陷和凸起等。在通快实验室的帮助下， 我们使用碟片式激光器解决方案满足了产品的所有规格要求。”系统由位于施兰贝格黑森林村的 KMS Automation 集成。公司开发的一种概念就是可以在较短的周期内将各种要素

集成到一个生产设备中。通快Huttinger 负责提供生成器、工序能耗和预热感应器，而通快则供应激光光源、光缆、光学器件和 TruLaser 焊接单元。

再见，氦气

“我们使用这种固体激光焊接系统已经两年了，它再次帮我们大幅降低了生产成本，”Bubic 说。对于其另外一个小小的进步是：“除较小的占地面积之外— —我们的二氧化碳系统仅需100 平方米，它的升级版仅占 35 平方米——它的能耗也更低。新系统的有效率接近 30%，比之前的系统要高很多。”固体激光器的另一优势是，它的波长可以使材料更加高效地吸收。因此，它所要求的激光能量便更少。

“但最大的优势是保护气体，”Bubic 解释说。“氦气的价格目前很高。为抑制金属蒸汽等离子体，二氧化碳系统每分钟需向工件上吹出 16 升的气量。由于固体激光器不会生成等离子体，因此我们根本不需要保护气体。”在黑森林，Torres 戴上白色手套，拿起了刚刚焊接好的，热量还未消退的郁金香形盖板。“每一个新系统都提升了我们的实力。这一系统可以使我们使用一台设备焊接不同型号的组件，而且还可以减少再加工次数。”他看着组件，接着说道：“未来，连接方面的进步将主要来自于激光焊接。”

左图：进入焊接单元前，郁金香形盖板的上端会由一个感应器加热，并在短短数秒内变得炽热

右图：固体焊接激光器不会产生等离子体，因此GKN Driveline不需要使用保护气体