以往的激光焊接接系统在加工过程中,加工机头常常必须为转位而暂停等待,在激光等待的时候,激光焊接设备不得不处于保持模式,这不利于增加生产量和收益。
为了改变这种不利状态,为了最大限度地发挥激光加工设备的经济效益,专家们设法让激光尽可能在100%的时间里不停歇地加工作业。现在,能够缩短转位时间,让激光把时间尽可能都花费在焊接的工件上,最佳的办法就是远程扫描激光焊接。
远程扫描激光焊接方法,借助于关节臂机器人和扫描光学器件,以飞快运动方式把激光焦点快速定位在工件上。它采用长焦距的聚焦光学元件和程序可控的扫描器。扫描器安装在激光器光纤光缆的末端,它用两个反射镜通过平场镜引导激光光束,平场镜将光束聚焦在扫描区内的共用焦平面上。扫描器上配备的电动光学元件能够使焦平面沿Z轴上下移动,实施3D作业。聚焦光斑的定位速度飞快,焊接速度也飞快,焦斑从整个扫描区的一端飞行移动到另一端,仅仅需要30毫秒,基本上消除了激光等待保持模式。
远程扫描激光焊接必备的条件
(1)采用光纤光缆传输激光的固体激光器或光纤耦合二极管激光器。
(2)激光器功率适合于加工任务(4~6KW),光束质量良好(例如4~8mm-mrad),所需光斑直径大约为0.6mm。
(3)要求对待焊的焊缝进行精确定位,这是扫描飞行焊接的前提条件。为此要求机器人与扫描器控制必须达到轴同步,可以把待焊接的型式编入扫描器的程序控制。
为什么说它提高了生产效率和产品质量,而且降低了成本?
与常规的电阻点焊相比较,一个远程扫描激光焊接站可以取代5个常规的电阻点焊加工站。在同样长的时间内,只需一个或二个夹具工位就足够把待焊接的零部件组合在一起进行组合焊接。在一个焊接工位不仅能够加工不同的工件,而且能够对同一个工件进行不同的加工。与电阻点焊相比较,加工时间缩短了80%,以加工速度而论,用4KW激光功率焊接时,速度大约要快6倍,用6KW激光功率焊接时,速度大约要快10倍。在循环负载率高、激光功率最高的情况下,生产能力提高5倍是可能达到的。
优点不仅表现在数量上,而且表现在产品质量上,这是因为远程扫描飞行焊接方法在生产过程中降低了产品误差。这种新式焊接方法使被加工零部件受到的热输入和机械应力减少,零部件不发生变形,结构不受影响。而且焊接所需的工件定位次数和夹紧次数都减少了,这样有利于被加工零部件乃至于整个车体结构的形稳性得到提升。
与电阻点焊相比,由于被焊接的零部件和车体构件具有这些优点,远程扫描激光焊接的总成本是合适的,只是需要的生产用具和激光器的费用相对较高。越来越多的人对这种先进设备具有精密、高效焊接各种各样的汽车零部件和组件的能力表示青睐。它能焊接:后中央组合板、保险杠、摇臂导轨、车轮轮拱、仪表盘,白车身部件包括后备箱、背面板、铰接件、车身B柱,车门和车身侧围,座椅及相关的倾斜调节器、框架,导轨,车内部件包括中压横梁、后窗台板和帽形齿板,还可组装焊接变速换档转子、换档叉和卡箍等。
焊接工艺优化与减轻重量和增加强度
采用激光飞行焊接方法,可以实现任何选定的焊接航线图(即所谓“焊接型式”)和任何幅度的焊接。精密焊接型式可用于多个零部件的组合焊接,而与机器人的速度无关。虽然直线式焊接所要求的凸缘宽度要比电阻点焊明显少得多,但有时采取C或U型式和其它型式的焊接,却可以在增加强度和减轻重量这二者之间取得满意的平衡。焊接型式无论是对于短线、圆圈、C型式、S型式、幅度和布局以及焊缝走向的考虑,都要有利于被焊零部件的重量优化和强度优化。
至关紧要的一步是选好焊接航线图(焊接型式),这关系到强度和重量的优化。焊接型式可以编程控制。可以按客户要求定制焊接型式,以便优化产品的强度。除此之外,采取激光焊接单面进出法比采取双面进出法的电阻点焊具有优越性。与焊接管材的开口截面和焊接金属板相比,焊接诸如框架结构需用的管材和型材时,焊接的是闭合截面,因而使结构牢固得多,这样就增加了载体的强度,而又降低重量和成本。
大幅度增加生产量的措施
相对于电阻点焊,激光扫描飞行焊接方法是增加汽车零部件生产量的更为有效的首选方案,因为它基本上节省了焊枪点焊从一个位置到另一个位置所花费的相当长的时间。扫描头的连续移动与扫描镜对于激光焦点的快捷定位精确配合,加工速度大提升,导致焊接生产量的大幅度提升。而且,激光焊的零部件也达到电阻点焊所达到的强度,然而所用的时间却仅为电阻点焊耗时的几分之一。
焊接速度的加快,也意味着完成焊缝的数目也越多,生产效率也越高。举例来说,白车身焊接车间,通常要求焊接的金属板厚度在0.6-1.8mm范围,过去在每个焊点需要大约2秒钟,现在采用远程扫描飞行激光焊接完成相应的焊缝少于0.4秒钟,节省了4/5的时间。完成一个完整车门结构的焊接只需要几秒钟。
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