2004年沫流，一個以激光為基礎(chǔ)的遠距離焊接系統(tǒng)(RWS)在墨西哥Puebla的 Magna-Autotek全面投入生產(chǎn)了粮剃。這臺RWS采用高功率CO2激光光束和一個可動的鏡子蛆存，引導(dǎo)激光來焊接金屬薄板零件。具有良好光束質(zhì)量的高功率CO2激光器的出現(xiàn)响禽，使該技術(shù)能在1米x1米或更大的工作區(qū)域運行徒爹。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這一技術(shù)的優(yōu)點包括周期較快和占地面積（生產(chǎn)面積）較小芋类。Magna-Autotek是“Tier 1”汽車供應(yīng)商瀑焦，該公司已經(jīng)用遠距離激光焊接技術(shù)為其它汽車裝配廠，生產(chǎn)了一個零件梗肝。

　　該零件用于2005大眾汽車Jetta A5型汽車榛瓮，是一個門梁沖壓裝配件（door beam impact member assembly），它由三個焊接在一起的單個沖壓件組成巫击。在鍍鋅低碳鋼上禀晓，有12個重疊的焊縫。去年10　月開始全面生產(chǎn)坝锰，預(yù)計在5年期間粹懒，年生產(chǎn)量為317,000輛。因為有左門顷级、右門之分,這就要求每年生產(chǎn)634,000個門梁沖壓裝配件凫乖。因為Autotek是分二班運轉(zhuǎn)的，每周工作5天裁国，這表明：該系統(tǒng)的生產(chǎn)率為每小時可生產(chǎn)235個零件馅拥，生產(chǎn)一個零件平均僅需15.3秒。

　　因為激光焊接已經(jīng)在德國用于生產(chǎn)表季，所以在客戶的圖紙中規(guī)定要用激光焊接肯窜，因此，在墨西哥的這家工廠將會用同樣的零件來組裝車輛虏淤。Autotek公司對裝在機械手上的Nd:YAG激光器和具有遠距離焊接功能的CO2激光器進行了評估纹茫，以便為它選擇一個最好的加工技術(shù)。如已經(jīng)注意到的那樣舶惕，這個零件已在德國用Nd:YAG激光器和工業(yè)機械手進行生產(chǎn)自古。 Autotek想通過從潛在的系統(tǒng)供應(yīng)商那里，能得到有關(guān)加工和投資成本方面的信息饶几。下面是同這項應(yīng)用有關(guān)的幾個結(jié)論的摘要：

　　這兩個系統(tǒng)的投資成本類似价秉，因為Nd:YAG激光器需要兩個，而RWS工作站只需一個肪瘤。 現(xiàn)有的Nd:YAG系統(tǒng)加工一個零件需要24秒抄瓦。 周期分析表明：RWS在26秒內(nèi)可生產(chǎn)二個零件(差不多是2倍產(chǎn)量)。因此陶冷，用一個RWS钙姊，可達到的全面生產(chǎn)能力為：15.3秒生產(chǎn)一個零件毯辅。

　　RWS具有低得多的系統(tǒng)維修成本。Rofin“平板”CO2激光器不需要更換任何光學(xué)元件煞额，只需要每8個月更換一只預(yù)混合氣體瓶思恐。Nd:YAG激光器需要經(jīng)常更換燈，電費成本較高膊毁，聚焦光學(xué)系統(tǒng)要求經(jīng)常更換保護“蓋”胀莹。

　　RWS容易為各種焊縫形狀和編織功能編程。這為創(chuàng)造各種焊縫圖樣提供了較大的靈活性婚温，更能滿足客戶為達到更高整體焊縫強度和零件硬度的設(shè)計要求描焰。

　　RWS具有較高的激光功率，能快速從一個焊點位置移到下一個焊點位置栅螟，跳躍時間僅為50ms荆秦。這使生產(chǎn)周期大大加快，為未來使用該系統(tǒng)裝配其它零件提供了方便力图。

　　在這一分析的基礎(chǔ)上,Autotek確認：對它的門梁沖壓裝配件應(yīng)用來說蚜宠，RWS是成本較低和靈活性更高的解決方案。

　　在上世紀90年代后期雅跺，高功率(3千瓦和3千瓦以上)CO2激光器已經(jīng)出現(xiàn)极炎，而且光束質(zhì)量很好。 圖2顯示的典型RWS包括一臺高功率(高達6千瓦)CO2激光器和一個具有長焦距(典型為1000毫米-1600毫米)的“遠距離”掃描系統(tǒng)枕篡。計算機驅(qū)動的運動系統(tǒng)按程序行走一段路程嫩柑，就像機械手或CNC控制器那樣，便可完成對待焊金屬薄板組件的激光焊接暴既。

　　光束的掃描運動可根據(jù)生產(chǎn)者的要求辽察，或采用高速、線性馬達磁饮，或采用“檢流計”來實現(xiàn)。這使從一個焊點到下一個焊點的移動速度加快溪臊，移動時間小于50ms减少。掃描器還可以為客戶提供可編程的焊縫形狀（縫線、圓镊鹊、編織和其它圖樣）填抬，允許用戶為特殊焊接采用最好的路徑。

　　為進一步說明RWS在加工周期和占地面積方面的優(yōu)勢隧期，現(xiàn)將遠距離激光焊接與傳統(tǒng)焊接方法進行比較飒责，結(jié)果如下：

　　電阻焊—電阻焊或“點”焊具有如下典型參數(shù)：

　　* 焊接時間 + 機械手移動焊槍的時間≈ 3-4秒 　　

　　* 可焊2-3層，總材料厚度≈ 2-4毫米 　　

　　* 可焊鍍膜或不鍍膜的鋼板 　　

　　* 焊槍起“夾子”的作用仆潮，在焊接時宏蛉，將材料拉到一起　　

　　電弧焊--電弧焊(GMAW)的典型參數(shù)如下：　　

　　* 焊接速度≈ 1米/分鐘 　　

　　* 使用送線裝置可焊接2層遣臼，連接結(jié)構(gòu)可以是各種各樣的(帶狀、對接等) 　　

　　* 材料厚度典型的為1-3毫米拾并，總厚度為2-6毫米 　　

　　* 可焊鍍膜或不鍍膜的鋼板 　　

　　* 允許被焊零件間的“縫隙”約為焊絲直徑的1/2揍堰。　　

　　激光焊接--CO2遠距離激光焊接機具有如下典型參數(shù):

　　* 焊接速度≈ 3-6米/分鐘 　　

　　* 焊接時間約0.2-0.3秒嗅义，焊縫長15毫米≈一個點焊縫 　　

　　* 可焊接2-3層屏歹，總材料厚度≈ 2-4毫米 　　

　　* 可焊鍍膜或不鍍膜的鋼板, 但必須考慮鋅的排出問題 　　

　　* 要求被焊零件盡量靠近，允許的最大縫隙為0.1-0.2毫米之碗。

　　周期時間比較--如上所說蝙眶，激光焊接時間比傳統(tǒng)方法快得多。但周期時間優(yōu)勢還與快速移動或在不同焊點間的快速替換有關(guān)褪那。機械手從一個點移到下一個點所需要的時間約為0.5-3秒眠便，用遠距離焊接機這個時間小于50ms。將焊接時間和“快速移動”時間結(jié)合在一起况饥，我們就可得出如下結(jié)論：遠距離焊接的周期時間比Nd: YAG加機械手焊接快2倍其便，比電阻焊和電弧焊快6-10倍。

　　占地面積比較--因為遠距離焊接過程比其他焊接程序快2-6倍,它要求的生產(chǎn)空間應(yīng)該較小≥┟埃現(xiàn)在蘑杭，這已經(jīng)變成了事實，因為焊接能源扬饰、焊接站和傳輸設(shè)備的總數(shù)已被大大減少宛办。在不同應(yīng)用情況下，安裝RWS所需的廠房面積只有其它焊接工藝所需面積的25-50%班跟。

　　靈活性比較-- 因為在激光焊接時属荤，焊槍實際上沒有與零件接觸（因此采用了術(shù)語“遠距離”），因此在加工不同零件時板径，焊接站就很容易應(yīng)付就初，只需簡單地改變夾具和調(diào)用不同的程序。這樣疾捍，一個焊接站就可以加工小批量奈辰、中批量金屬零件配件。具有多個零件的產(chǎn)品從一個較小生產(chǎn)空間搬進乱豆、搬出奖恰，要求有一個智能的物流解決方案。

　　Magna-Autotek決定自己來進行系統(tǒng)整合宛裕，使之能更好地控制夾具設(shè)計瑟啃，能更深地理解加工過程。2003年6月揩尸，開始系統(tǒng)布局和夾具設(shè)計蛹屿。到2003年12月屁奏，系統(tǒng)已經(jīng)安裝完畢，并焊接了第一零件蜡峰。激光掃描盒了袁、制冷器都裝在中層頂端，以減小占地面積湿颅。在掃描盒的下面有一個轉(zhuǎn)盤载绿，上面固定著二個夾具。在其中一個夾具上的零件被焊接的時候斟策，可在另一個夾具上裝卸零件研歧。借助于扶梯可到中層進行常規(guī)維修。整個激光焊接房間必須放在一個特殊的地基上面胡傅，以吸收焊接房間周圍25米內(nèi)的振動氧悦。為避免出現(xiàn)大的問題，在安裝之前進行振動測量是絕對必要的母烘。地板振動必須小于激光供應(yīng)商所規(guī)定的界限国享。因為灰塵和煙霧將吸收激光，所以還必須考慮排氣系統(tǒng)惨侵。
 　　　　
　　關(guān)鍵是一個可用人工方式進行裝卸的二站式旋轉(zhuǎn)臺队笑。一個站有二個夾具，用于右手裝配蓉肤；另一個站也有二個夾具狞荤，用于左手裝配。操作人員將焊好的組件卸下后,把它們放到柳騰箱中,再將一組新的沖壓件裝上去棋捷，推一下“循環(huán)開始”脸狸，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，焊接程序開始藐俺，過程重復(fù)炊甲。局部的墻壁隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，可以在焊接期間提供“遮攔”紊搪，以保護眼睛蜜葱。整個系統(tǒng)再用金屬薄板保護起來，以創(chuàng)造一個確保職工安全的“1級”焊接系統(tǒng)耀石。

　　夾具和等離子體抑制--遠距離激光解決方案，一方面具有加工速度快爸黄、占地面積小等優(yōu)點滞伟，但在夾具與零件的配合方面還面臨著挑戰(zhàn)。激光是沒有力的炕贵，不像點焊那樣梆奈，電極附在槍上野崇，或附在圓筒驅(qū)動的定位機構(gòu)上。如前面指出的那樣,電弧焊使用焊條亩钟，因此允許焊縫有一定的空隙乓梨。激光焊接是自己完成的，即不采用任何填料林慷。因此,激光焊接要求將夾具放到浓蜈、并固定在被焊區(qū)域。

　　此外否胸，激光焊接鍍鋅材料時芳迅，要求設(shè)法將鋅的揮發(fā)物排出。否則馆梦，鋅將會通過焊縫爆出蕾胶，導(dǎo)致多孔和多處爆裂。對鍍鋅材料桐继，夾具必須與特殊的零件特征結(jié)合起來工作刘耀，以提供一個排泄氣體方法。

　　不管金屬鍍膜的情況如何(鍍鋅或赤裸)蚤弃，CO2焊接一般要求設(shè)法抑制在焊接過程中產(chǎn)生的等離子體或?qū)⑺底摺?這是因為等離子體干擾激光束召藻，使焊接過程變得不穩(wěn)定或使焊接徹底失敗。等離子體抑壓或“保護氣體”可以是氦打恕、氮退疫、空氣或一些組合氣體，這要看應(yīng)用情況和所用功率而定鸽素。為成功進行遠距離焊接褒繁，安排好氣體噴嘴的位置，以及確定打開它們的時間也是非常重要的馍忽。

　　Autotek設(shè)計和建造了它自己的夾具棒坏。該夾具能同時滿足適當夾住零件和最佳屏蔽氣體噴嘴位置的需要。第一個原型夾具是在2003年6月完成的遭笋，焊接工作則是在安大略省Brampton的Magna的Promatek R&D 設(shè)備上完成的坝冕。 現(xiàn)在，Autotek對它的零件夾具正在進行第三次反復(fù)瓦呼，以不斷改善激光焊接的質(zhì)量喂窟。所用夾具如圖4所示，注意定位方法和位于焊縫附近的屏蔽氣體噴嘴位置央串。

　　零件設(shè)計—激光焊接用的沖壓件供應(yīng)商已經(jīng)通過壓花或在被焊區(qū)形成酒窩的方法解決了排氣問題磨澡。這一特征可被結(jié)合到沖壓模中，或在沖壓后加上。最終的結(jié)果是：產(chǎn)生了一個0.1-0.2毫米的縫隙队乔，允許鋅從該縫隙排出隅贫。

　　與點焊接不一樣的是：激光焊縫很窄，并且只需要從一邊接近零件拾肚。遠距離焊接機的掃描鏡可通過編程做销，來產(chǎn)生各種不同的焊縫形狀或圖樣。此外奶匆，激光焊接的零件很硬对夹，剛性比點焊的零件好。這些概念在零件設(shè)計的早期附舌，就必須記住渺纯，以充分利用激光焊接的優(yōu)點。如果減輕重量蛉差，焊縫邊緣可以做得更小正蹋。在許多點焊的情況下，常常要求檢查孔壕哩，激光焊接是不需要的钧宠。

　　Autotek在加工該沖壓件的計劃中，已經(jīng)考慮了這些問題扎运。如圖5所示瑟曲，在被焊區(qū)浮雕了一些小的圓形“酒窩”，以便將鋅排出豪治。在零件上洞拨，有12個“針型”焊縫，允許進行牢固的剛性裝配负拟》骋拢　

　　對遠距離焊接來說，夾具和零件的開發(fā)都比較新掩浙。盡管可用標準零件來構(gòu)成夾具花吟，但在固定零件、使用屏蔽氣體和沖壓技術(shù)的發(fā)展方面厨姚，還是化了不少時間和精力衅澈。在考慮為遠距離焊接尋找新的應(yīng)用時，要有足夠的時間谬墙。例如今布，這一次用空氣來作為屏蔽氣體，但Autotek還在考慮其它氣體育另，以提高生產(chǎn)率仁墅。

　　小結(jié) 　　

　　Autotek是北美首批安裝遠距離焊接設(shè)備的廠商之一刺盏。這個系統(tǒng)的優(yōu)點如下：

　　* 與傳統(tǒng)技術(shù)相比缤币，生產(chǎn)能力提高了10倍

　　* 系統(tǒng)占地面積比傳統(tǒng)技術(shù)小3-4倍

　　* 允許生產(chǎn)車間有更大的靈活性

　　* 零件的設(shè)計允許進行激光焊接, 加工出來的零件更輕冲倡、更堅硬。

　　Autotek已經(jīng)采取了適當?shù)拇胧﹣韺嵭羞@一技術(shù):

　　* 在加工的早期旬敞，仔細評估焊接技術(shù)蒸橡，選擇最有成本效益的方式。

　　* 對加工細節(jié)詳細研究深境，以確保最后成功

　　* 回顧零件設(shè)計每玛，研討了零件的激光可焊性, 包括增加“酒窩”，允許鋅從縫隙中排出

　　* 設(shè)計和加工了適合于遠距離激光焊接的零件夾具

　　* 在開始生產(chǎn)之前旅雇，給發(fā)展留有充份的時間

　　* 早日確定和教育執(zhí)行和操作該系統(tǒng)的人員芦赔。　　

　　今天,在實際生產(chǎn)中跃旁，RWS的安裝數(shù)量愈來愈多桥膝。 盡管，與電阻焊或電弧(GMAW)焊相比撒穷，激光器是相當昂貴的焊接能源,但整個系統(tǒng)的成本還是差不多的匣椰，RWS技術(shù)的優(yōu)點更多。

　　盡管端礼，不是每個零件都適合用該技術(shù)進行加工的禽笑，但該實例的研究表明：用遠距離激光焊接代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接技術(shù)是有益的、成功的蛤奥。 在零件設(shè)計和生產(chǎn)循環(huán)的早期階段佳镜，就應(yīng)該進行適當?shù)姆治觯源_定采用遠距離激光焊接技術(shù)是否適當凡桥。此外蟀伸，汽車設(shè)計者應(yīng)該考慮零件設(shè)計和裝配的解決方案，以便使生產(chǎn)變得更容易唬血、更快和更廉價望蜡。

　　RWS是一個極為優(yōu)秀的焊接解決方案，應(yīng)該將它結(jié)合到這個設(shè)計過程之中拷恨。

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