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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.
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FANUC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4TRUMPF激光源
3.其他系统
(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
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