激光焊在白车身制造领域的应用

激光扫描焊在白车身制造领域的应用发布日期：2013-03-06点击次数：221字体显示：【大】【中】【小】随着汽车工业的快速发展以及人们需求的不断提高，节能、安全、环保成为汽车技术的三大主题，而激光加工工艺的发展，对解决汽车节能、安全和环保具有非常重大的意义。这主要体现在激光拼焊、激光钎焊、激光扫描焊、激光加工高强度钢板技术在白车身制造领域的广泛应用。据有关资料统计，在欧美工业发达国家中，有50％-70％的零部件都是采用激光加工来完成的。尤其是近年来发展很快，1998年全世界约有3000多台激光加工机用于汽车工业，而且每年还有数以百计的激光加工机投入使用。激光焊接有其独特的优势：1.能量密度高、焊接速度快、焊接质量高（深宽比可达2—2）、焊缝组织致密、强度高；2.热影响区小、焊后材料变形小；3.容易实现自动化，提高生产率；4.可焊接难以接近部位，施行远距离焊接；5.与数控工作合配合，可实现复杂曲面和薄壁异形管的焊接；6.无污染与任何腐蚀；7.激光还可用于不同型号、异种金属之间的焊接。本文主要介绍激光扫描焊接在白车身钢板搭接上的应用。一、激光扫描焊接的定义：在机器人的第六轴上安装一个振镜扫描头，从激光源发出的激光光缆的末端直接连接到扫描头上，在扫描头中两到三个可调镜片可以将反射的激光射到工件上。当镜片摆动时，激光束从一个点到另一个点进行跳跃，实施焊接。对于机器人手臂来说，不必在每一个焊点开始和停止，可以直接使用扫描头精确定位。激光扫描头到工件表面的距离可以超过500mm，当焦点直径为0.6mm的时候，加工区域大约为190mm×320mm的椭圆形区域。这也是最有可能用于该系统的工作距离和工作范围。由于机械臂在焊接过程中有一个大于90度的重定位动作，如果工作距离过大，会导致在重定位过程中不必要的时间浪费。如果缩小工作距离，也意味着小的工作区域，焊接工艺的连续性和激光的利用率都会被大大限制。大工作距离的另一个好处是延长了镜头的保护玻璃的使用寿命，气幕改进之后，保护玻璃的使用寿命更是大大延长，可用于超过15000件的焊接。图1激光扫描焊接示意图激光发生器生成激光，经光纤传输并耦合进入扫描焊接头，经焊接头的准直单元，生成近乎平行的激光束，然后光束进入反射镜组（镜片由电机驱动，可在一定范围内翻转），经（两次）反射（见图3）；最后由平面透镜根据其位置聚焦输出。二、激光扫描焊接的运用：自从激光焊接成功运用于TOURAN车身焊接后，大众汽车以后所有的车型上都在使用激光焊接技术，GOLFA5车身上激光焊接部分的总长度达50m，因此车身刚度大大增加，和竞争对手相比是一个很大的优势。与此激光焊接技术相比，激光扫描式远程焊接有了显著提升，尤其是生产效率大幅度提高。为了检测新工艺的性能，在大众汽车的MOSEL工厂建立了一个试点，用来生产帕萨特B6的后窗台板，同时也可以测试系统的效率。在帕萨特小批试产之后，激光扫描焊接工艺及其系统组件在2005年被应用于大众汽车公司的系列产品中。系统组件的高实用性得以验证，并提高了利润率。现在奥迪已经在其系列产品中始终执行这一工艺。从2007年初，后续的奥迪A4车门就已经采用激光扫描焊接工艺与TRUMPF公司制造的4千瓦圆盘激光器。应用此技术后，四个制造单元每天可生产1800扇车门。三、激光扫描焊接的优点：与传统的焊接工艺相比，激光扫描焊接的最大优点在于能够提高生产率，扫描头的快速镜片运动，使得用于定位机械手的时间大大减少，进而大幅度降低了制造时间，与电阻点焊平均每秒完成0.5个焊点相比，激光扫描焊接每秒完成3～4个焊点，这使得激光束得到充分利用。通过近似大批量生产测试，同传统的电阻焊接相比，我们减少了80%的时间。扫描式镜头灵活性的另一个非常重要的体现是焊接形状的多样性，如果焊缝为C字形，跟线性的焊缝相比较，它的焊接速度显著增加。运用此工艺除了焊接外，还可以在该部件标识一个由8个字符构成的ID，目的是为了工件的记录和追踪。