汽车制造中的遥控焊接技术

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1、汽车制造中的遥控焊接技术本文主要是对遥控激光焊接技术在汽车制造中的应用情况各方面的介绍，同时也简单介绍了遥控激光焊接的原理。  一套遥控激光焊接系统（RWS）在墨西哥柏布拉市Magna-Autotek投入满负荷生产。这套RWS采用了高功率CO2激光器和可动反射镜，用激光束的能量焊接板金件。大功率、光束质量极好的CO2激光器的问世，使该技术能够应用于1m×1m或更大的加工面积。这种方法同传统工艺相比具有周期快、占地小等优点。Magna-Autotek是“一级”汽车供应商，在供给一家汽车总装厂的一种零件上他们采用了遥控激光焊接技术。  该零件是2005大众捷达A5车

2、门防侧撞杆，由三个冲压件焊接而成。在这个镀锌低碳钢组件上有12条搭接焊缝。满负荷生产始于去年十月，预计5年内年产317,000辆。因为有左门和右门之分，防侧撞杆年产634,000件。Autotek厂实行每周5天的两班工作制，相当于每小时生产235件，即每个零件耗时大约15.3s。  用户零件图上规定了激光焊接，因为该零件已经以这种方式在德国生产，且墨西哥的工厂也采用同样的零件装配汽车。为了确定最适合于该用途的激光焊接工艺，Autotek对工业机器人用Nd:YAG激光器和遥控焊接CO2激光器进行了评价。如上所述，该零件在德国采用Nd:YAG激光器和工业机器人生产。

3、Autotek为这两种焊接方式分别制定了方案，并向一些潜在的“集成系统供应商”询价而获得投资成本。针对这一应用的结论概括如下：  ◆两套系统的投资费用大致相同，一套RWS工作站和2台Nd:YAG激光器的成本相当。现有Nd:YAG系统焊接一个零件需要24秒。循环时间分析显示，RWS可在26秒内焊2件（几乎是上述结果的两倍）。因此，在实际生产当中，RWS可以达到每15.3秒一件的满负荷生产率。  ◆RWS系统的维护成本低得多。Rofin“板条式”CO2激光器不需要更换任何光学器件，只须每8个月更换一次预混气瓶。而Nd:YAG激光器需要频繁更换泵浦灯，耗电较大，而且必

4、须经常更换聚焦镜的保护盖。  ◆RWS易于程控实现不同的焊缝形状和摆焊功能，这一特性为按照零件结构“定制”焊缝模式、改进总体焊接强度和零件刚度提供了较大的灵活性。  ◆RWS提供更高的激光功率和从一个焊接位置快速(50ms)“跳”到另一个焊接位置的能力。这大大加快了生产周期，为今后使用该系统焊接其它零件提供了灵活性。  根据这一分析，Autotek断定，就焊接防侧撞杆的用途而言，RWS是具有成本优势和较高灵活性的解决方案。  遥控激光焊接原理  上世纪九十年代后期，大功率(最小3kW)CO2激光器已经可以提供很高的光束质量。如图2所示，标准RWS包括大功率(可达

5、6kW)CO2激光器和“遥控”长焦距(通常1000mm-1600mm)扫描系统。由计算机驱动的运动系统可以象机器人或CNC控制器那样执行编程路径，完成钣金组件的激光焊接。  光束扫描运动依赖于高速直线电机或"检流计"电机，这些可由制造商设定。这使光束能够从一个焊接位置迅速移动到另一个焊接位置，所需时间少于50ms。扫描器还提供定制式可编程序焊缝形状（针脚形、环形、鱼鳞形等模式），使用户对于特殊的焊接处能够采用最合适的焊道轮廓。  焊接特征对比  以下是遥控激光焊接与传统工艺的对比概要，以进一步说明RWS工艺在循环时间和占地面积方面的优势。  电阻焊：电阻焊或点焊

6、具有以下典型参数：·焊接时间+机器人移动焊枪的时间≈3~4s；·可焊接2~3层，标准母材总厚度≈2-4mm；·可焊接镀锌和裸钢板；·焊接时，焊枪起“夹钳”的作用，将母材拉在一起。  电弧焊：电弧焊（GMAW）一般具有如下典型参数：·焊接速度≈1m/min；·利用送丝机构焊接不同的焊缝（角焊缝、对接焊缝等），可焊2层；·母材厚度通常为1~3mm，总厚度2~6mm；·可焊接镀锌和裸钢板；·容许1/2焊丝直径左右的装配间隙。  激光焊接：遥控CO2激光焊机具有如下典型参数：·焊接速度≈3~6m/min；·焊接时间约0.2~0.3s，假定一个点焊焊缝≈15mm；·可焊接

7、2~3层，标准母材总厚度≈2-4mm；·可焊接镀锌或裸钢板，但是必须解决锌的挥发物排放问题；·要求焊接点最大装配间隙在0.1~0.2mm左右。  循环时间对比：如上所述，激光焊速快于传统工艺，无论如何，循环时间的显著增益还来自于激光束在焊缝之间的“快速移动”，即迅速改变焊接位置。机器人通常需要0.5~3s移动到下一个焊接位置，而遥控焊机小于50ms。如果把焊接时间和“快速移动”时间相加，可以断定遥控焊接的循环时间比机器人型Nd:YAG快2倍左右，比电阻焊或电弧焊快6~10倍。  占地面积对比：遥控焊接法比其它焊接法快2~6倍，因此一般需要较小的占地面积。事实的确

8、是这样，因为焊接电源的数