汽車制造中的遙控焊接技術(shù)

    一套遙控激光焊接系統(tǒng)（RWS）在墨西哥柏布拉市Magna-Autotek投入滿負荷生產(chǎn)。這套RWS采用了高功率CO2激光器和可動反射鏡，用激光束的能量焊接板金件。大功率、光束質(zhì)量極好的CO2 激光器的問世，使該技術(shù)能夠應(yīng)用于1m ×1m或更大的加工面積。這種方法同傳統(tǒng)工藝相比具有周期快、占地小等優(yōu)點。Magna-Autotek是“一級”汽車供應(yīng)商，在供給一家汽車總裝廠的一種零件上他們采用了遙控激光焊接技術(shù)。  
     
    該零件是2005 大眾捷達A5車門防側(cè)撞桿，由三個沖壓件焊接而成。在這個鍍鋅低碳鋼組件上有12條搭接焊縫。滿負荷生產(chǎn)始于去年十月，預(yù)計5年內(nèi)年產(chǎn)317,000輛。因為有左門和右門之分，防側(cè)撞桿年產(chǎn)634,000件。Autotek廠實行每周5天的兩班工作制，相當于每小時生產(chǎn)235件，即每個零件耗時大約15.3 s。  
     
    用戶零件圖上規(guī)定了激光焊接，因為該零件已經(jīng)以這種方式在德國生產(chǎn)，且墨西哥的工廠也采用同樣的零件裝配汽車。為了確定最適合于該用途的激光焊接工藝，Autotek對工業(yè)機器人用Nd:YAG激光器和遙控焊接CO2激光器進行了評價。如上所述，該零件在德國采用Nd:YAG激光器和工業(yè)機器人生產(chǎn)。Autotek為這兩種焊接方式分別制定了方案，并向一些潛在的“集成系統(tǒng)供應(yīng)商”詢價而獲得投資成本。針對這一應(yīng)用的結(jié)論概括如下：  
     
    ◆兩套系統(tǒng)的投資費用大致相同，一套RWS工作站和2臺Nd:YAG激光器的成本相當�，F(xiàn)有Nd:YAG系統(tǒng)焊接一個零件需要24 秒。循環(huán)時間分析顯示，RWS可在26秒內(nèi)焊2件（幾乎是上述結(jié)果的兩倍）。因此，在實際生產(chǎn)當中，RWS可以達到每15.3 秒一件的滿負荷生產(chǎn)率。  
     
    ◆RWS系統(tǒng)的維護成本低得多。Rofin “板條式” CO2 激光器不需要更換任何光學器件，只須每8個月更換一次預(yù)混氣瓶。而Nd:YAG激光器需要頻繁更換泵浦燈，耗電較大，而且必須經(jīng)常更換聚焦鏡的保護蓋。  
     
    ◆RWS易于程控實現(xiàn)不同的焊縫形狀和擺焊功能，這一特性為按照零件結(jié)構(gòu)“定制”焊縫模式、改進總體焊接強度和零件剛度提供了較大的靈活性。  
     
    ◆RWS提供更高的激光功率和從一個焊接位置快速 (50ms) “跳”到另一個焊接位置的能力。這大大加快了生產(chǎn)周期，為今后使用該系統(tǒng)焊接其它零件提供了靈活性。  
     
    根據(jù)這一分析，Autotek斷定，就焊接防側(cè)撞桿的用途而言，RWS是具有成本優(yōu)勢和較高靈活性的解決方案。  
     
    遙控激光焊接原理  
     
    上世紀九十年代后期，大功率(最小3kW) CO2 激光器已經(jīng)可以提供很高的光束質(zhì)量。如圖2所示，標準RWS包括大功率 (可達6 kW) CO2 激光器和“遙控”長焦距 (通常1000mm-1600mm) 掃描系統(tǒng)。由計算機驅(qū)動的運動系統(tǒng)可以象機器人或CNC控制器那樣執(zhí)行編程路徑，完成鈑金組件的激光焊接。