汽车制造中的顶盖激光焊接工艺（总结)

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1、汽车制造中的顶盖激光焊接目前，激光焊接技术已经广泛地应用在汽车制造业，通过顶盖激光焊接的实际应用，分析激光焊接的系统构成以及设备调试过程中的问题，汽车制造商可有效保证汽车产品的质量，提升产品竞争力。激光焊接具备能量密度高、焊接变形小及焊接速度快等优点，在汽车行业应用越来越广泛。国内大多数汽车企业在进行车顶、侧围、车门及座椅等部件的制造过程中都采用了激光焊接工艺，有效地提高了整车制造质量，加强了整车的安全性能，缩短了焊接时间、提升了企业的制造水平。方案介绍整车企业常用的激光焊接主要包括熔焊、钎焊等，我公司在高级轿车项目中使用了顶盖激

2、光熔焊技术进行车顶焊接，如图1所示。金属材料被较高功率密度的激光照射，照射部位被熔化、蒸发，从而形成一个小孔；当激光束相对焊件移动时，小孔中心也随之移动，并处于相对稳定状态；熔融金属会反方向流动，填充小孔，从而形成焊缝。与传统的点焊工艺相比，激光熔焊有强度高、热影响区域小以及焊缝美观的特点。从图2可以发现，激光焊接能量集中，焊接熔深大，焊接成形美观，焊接后的强度完全满足使用要求。图1 焊接原理该激光熔焊设备的结构如图3所示。激光焊设备采用TRUMPFTruDisc-4006固体激光发生器，最大功率可以达到4000W。由2台专用FA

3、NUC机器人安装HighYAG激光头进行焊接。车顶采用搭接形式，单侧焊缝长度达到1630mm。在焊接前首先采用FANUC机器人视觉系统对整车顶盖进行定位，从而实现焊接轨迹的精确补偿。图2 焊接分析1.激光源目前，国内常用的激光源包括TRUMPF泵浦式和IPG光纤式，在综合对比了成熟案例应用后，我们最终选用TRUMPFTruDisc-4006固体激光发生器作为激光源（见图4），其优点在于：光束可以通过光缆进行远距离传输（100m）；高效率的光束质量（焦点直径为0.6mm，功率为4kW）；激光能量可精确控制；远程故障诊断等。图3 激光

4、焊接架构 2.激光头激光头采用HighYAG的PDT，选用的原因是该品牌提供了完整的焊缝跟踪及压紧技术，该系统主要由光导和聚焦系统、导向系统和压紧系统等组成，如图5所示。光导聚焦系统由圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤及聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态、方向、传输光束和聚焦的功能。这些光学零件的状况对激光焊接质量有极其重要的影响。在大功率激光作用下，光学部件，尤其是透镜性能会劣化，使透过率下降，产生热透镜效应，同时表面污染也会增加传输损耗。该系统在透镜污染后会进行自动维护提示。导向及压紧系统通过伺服机构进行精确的位置及压力控制，确保

5、焊接过程中相关工艺参数的准确。压紧机构有压指及压轮两种形式，在本次项目中我们选用了压指，这两者的优缺点比较如表1所示。压指作用于焊接行进方向的前端（侧面），由于压指半径较小，作用点可以在2.3～5mm之间调整，同时压指结构下不易粘上焊接飞溅，且经过长时间使用不像压轮一样容易变形。在导向系统上，使用机械式触指，从表2的对比结果可知，通过触指与上板台阶保持一定的压力，保证行走时光锥始终沿着焊缝。与相机寻轨的方式相比，机械式触指结构简单，对检测面要求较低，避免了零件表面波动、不平等原因导致的质量问题。图4 TRUMPF激光源3.其他系统

6、（1）视觉定位视觉系统是自动激光焊接机器人的动作基准，通过安装在机器人手臂端上的3D摄像头进行车体特征点的识别，在视觉系统软件进行设置，建立视觉画面上的点位与机器人位置相对应的关系。对工件进行视觉成像，与已标定的工件进行比较，得出偏差值，即机器人激光焊接起始点的补偿值。通过视觉系统的应用，降低了顶盖与侧围之间匹配的偏差，起到了保护激光头相关附件，确保激光焊接质量的作用。本项目使用了如图6所示的FANUCIRVISON3D摄像头。初次使用时，需要通过试验一定批次的产品设定标准值，确定标准值后，需要对相机的曝光时间、识别精度的参数进行

7、反复调试对比，才能确保最终3D图像识别的成功率。图5 HighYAG激光头（2）安全系统激光由于能量较高，且常态下不可见，存在对眼睛及皮肤产生危害的风险。所以激光焊接设备定级为class4级，必须采取必要的保护仓以及保护眼睛的措施进行操作。激光保护仓在设计时考虑以下要素：门安全锁要保持常锁定，任意的打开动作将导致设备的安全紧急停止；保护仓的玻璃采用光学密度为OD8的玻璃，其对光的截止率比较高，可实现有效的防护作用；通过程序的设计，对于任何操作可使机器人缓慢停止，激光头上同样需要安全防护。激光头与机器人之间采用安全防撞装置进行连接，

8、感应器可确保激光头在受到任何额外的冲击或者压力时，能及时停止机器人的动作，保证激光头的安全。系统调试过程激光焊对于设备的调试精度、零件匹配精度以及工艺尺寸窗口都有很高的要求，一旦聚焦位置偏移或匹配精度不高就会出现锯齿、焊断及气孔等多种焊接缺陷，影响