☆五金冲压厂制造中的遥控焊接手艺☆-五金冲压件厂

2004年10月，一套遥控激光焊接系统（RWS）在墨西哥柏布拉市Magna-Autotek投入满负荷出产。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。年夜功率、光束质量极好的CO2 激光器的问世，使该手艺可以或许应用于1m ×1m或更年夜的加工面积。这种体例同传统工艺对比具有周期快、占地小等利益。Magna-Autotek是“一级”五金冲压厂供给商，在供给一家五金冲压厂总装厂的一种零件上他们采用了遥控激光焊接手艺。

    该零件是2005 公共捷达A5车门防侧撞杆，由三个五金五金冲压件焊接而成。在这个镀锌低碳钢组件上有12条搭接焊缝。满负荷出产始于去年十月，估量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厂实施每周5天的两班工作制，相当于每小时出产235件，即每个零件耗时年夜约15.3 s。

    用户零件图上划定了激光焊接，因为该零件已经以这种体例在德国出产，且墨西哥的工场也采用同样的零件装配五金冲压厂。为了确定最适合于该用途的激光焊接工艺，Autotek对工业机械人用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激光器和工业机械人出产。Autotek为这两种焊接体例分袂拟定了方案，并向一些潜在的“集成系统供给商”询价而获得投资成本。针对这一应用的结论归纳综合如下：

    ◆两套系统的投资费用年夜致不异，一套RWS工作站和2台Nd:YAG激光器的成秘闻当。现有Nd:YAG系统焊接一个零件需要24 秒。轮回时刻剖析显示，RWS可在26秒内焊2件（几乎是上述功效的两倍）。是以，在现实出产傍边，RWS可以达到每15.3 秒一件的满负荷出产率。

    ◆RWS系统的维护成本低得多。Rofin “板条式” CO2 激光器不需要改换任何光学器件，只须每8个月改换一次预混气瓶。而Nd:YAG激光器需要频仍改换泵浦灯，耗电较年夜，而且必需经常改换聚焦镜的呵护盖。

    ◆RWS易于程控实现分歧的焊缝外形和摆焊功能，这一特征为按照零件结构“定制”焊缝模式、改良总体焊接强度和零件刚度供给了较年夜的矫捷性。

    ◆RWS供给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。这年夜年夜加速了出产周期，为此后使用该系统焊接其它零件供给了矫捷性。

    按照这一剖析，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矫捷性的解决方案。

    遥控激光焊接事理

    上世纪九十年月后期，年夜功率(最小3kW) CO2 激光器已经可以供给很高的光束质量。如图2所示，尺度RWS搜罗年夜功率 (可达6 kW) CO2 激光器和“遥控”长焦距 (凡是1000mm-1600mm) 扫描系统。由计较机驱动的行为系统可以象机械人或CNC节制器那样执行编程路径，完成钣金组件的激光焊接。

    光束扫描行为依靠于高速直线电机或"检流计" 电机，这些可由制造商设定。这使光束可以或许从一个焊接位置迅速移动到另一个焊接位置，所需时刻少于50ms。扫描器还供给定制式可编轨范焊缝外形（针脚形、环形、鱼鳞形等模式），使用户对于非凡的焊接处可以或许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，以进一步声名RWS工艺在轮回时刻和占地面积方面的优势。

    电阻焊：电阻焊或点焊具有以下典型参数：

    ◆ 焊接时刻+机械人移动焊枪的时刻≈3~4 s 。
    ◆ 可焊接2~3层，尺度母材总厚度≈2-4mm。
    ◆ 可焊接镀锌和裸钢板。
    ◆ 焊接时，焊枪起“夹钳”的浸染，将母材拉在一路。

    电弧焊：电弧焊（GMAW）一般具有如下典型参数：

    ◆ 焊接速度≈1m/min
    ◆操作送丝机构焊接分歧的焊缝（角焊缝、对接焊缝等），可焊2层
    ◆母材厚度凡是为1~3 mm，总厚度2~6mm。
    ◆可焊接镀锌和裸钢板。
    ◆答应1/2焊丝直径摆布的装配间隙。

    激光焊接：遥控CO2激光焊机具有如下典型参数：

    ◆焊接速度≈3~6 m/min 。
    ◆焊接时刻约0.2~0.3 s，假定一个点焊焊缝≈15mm 。
    ◆可焊接2~3层，尺度母材总厚度≈2-4mm。
    ◆可焊接镀锌或裸钢板，可是必需解决锌的挥发物排放问题。
    ◆要求焊接点最年夜装配间隙在0.1~0.2mm摆布。

    轮回时刻对比：如上所述，激光焊速快于传统工艺，无论若何，轮回时刻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。机械人凡是需要0.5~3 s移动到下一个焊接位置，而遥控焊机小于50ms。若是把焊接时刻和“快速移动”时刻相加，可以断定遥控焊接的轮回时刻比机械人型Nd:YAG快2倍摆布，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，是以一般需要较小的┞芳地面积。事实简直是这样，因为焊接电源的数目以及焊接台和传输设备的数目较着削减了。同其它焊接体例对比，RWS装配可能只占25~50%的空间，因用途而异。

    矫捷性对比：焊枪与零件没有现实的接触，是以可以随时调整焊接台使之顺应此外零件，只须改换工装和挪用分歧的轨范。这样使其具备了一站式措置一系列由低到中批量冲压钣金装配件的能力。若是产物包含良多需要进出小面积工作区的零件，则将需要智能化的物流解决方案。

    系统结构和声名

    Magna-Autotek决心使自己成为“集成供给商”，以便更好地节制工装设计和更好地舆解整个工艺。系统结构和工装设计始于2003年3月。到2003年12月，系统装配完毕并焊接首个零件。激光器、扫描器和冷却器全数装在夹层的顶部，以节约空间。在扫描器箱的下面是一个反转展转式工作台，工作台装有两套夹具，是以可以在一套夹具焊接零件的同时另一套夹具进行上料。楼梯是到夹层进行日常系统维护的通道。整个激光单元必需坐落在专门的底座上，以领受距离激光单元不足25米之远的冲压车间的┞否动。为了避免发生年夜的意外，在安装之前进行振动测量是绝对需要的。地面振动必需小于激光器厂商划定的极限。而且，必需考虑安装排气系统，因为烟尘可以或许领受激光。

    现实系统其设计思惟是一个反转展转式双工位手动上下料工作台，装于一个工位的两个夹具用于左侧门装配件的焊接，装于另一个工位的两个夹具用于右侧门装配件的焊接。操作员把焊接好的组件卸下来，把它们放入箱子，然后装载一组新的五金五金冲压件，按“轮回起头”键。于是，工作台扭转，启动焊接轨范，过程一再进行。为了呵护眼睛，有一面半墙随转回扭转，为焊接过程供给一个不透光的密封情形。为了工场人员的平安，系统全数用薄金属板进行封锁，形成一个“I级”平安焊接系统。

    工装与等离子体按捺：尽管遥控激光焊接法速度快且极年夜地节约空间，可是在工装和零件装配方面确实有一些必需予以考虑的难题。激光光束没有浸染力，不像在点焊体例下，电极装在焊枪或液压油缸驱动的夹钳上。如上所述，电弧焊接操作送丝机构，而且考虑到了焊缝间隙。是以，为了定位和固定待焊部位，激光焊接需要工装夹具。

    此外，激光焊接镀锌材料时，需要设法排放锌的挥发物。否则，锌在焊接过程会挥发，使焊缝发生额外的孔隙和气孔。若是焊接镀锌材料，工装必需同专用的零件夹具相连系，配合供给挥发物排出的体例。

    不管金属镀层若何（镀锌或无镀层），CO2 焊接凡是需要按捺和/或驱散在激光焊接过程发生的等离子体，因为等离子体干扰激光束，可能引起焊接过程不不变或者完全无法焊接。“等离子体按捺气体”或“呵护气体”可所以氦、氮、空气或某种同化气体，因具体用途和激光功率巨细而定。为了成功应用遥控焊接手艺，气体喷嘴的位置和打开挨次也是一个值得考虑的主要身分。

    Autotek自行设计和制造了工装夹具，知足了对零件的恰当装夹及定位呵护气体喷嘴的需求。第一套原型工装于2003年1月完成，并在安粗略省布兰普敦Magna的Promatek R&D中心进行试焊。作为其不竭过程改良的一部门，此刻Autotek正在对零件夹具进行第三次改良。

    零件设计：采用激光焊接手艺的五金五金冲压件供给商已经解决了挥发物排放问题，体例是在待焊区域压印一个凹坑或圆窝，这个特征可以直接做到冲压模上，也可以在冲压工序往后添加。最终功效是形成0.1~0.2 mm的间隙，为锌的挥发留出一条通道。

    与点焊分歧，激光焊缝很是窄，而且只须进行单面焊接。遥控焊机的扫描镜可以在轨范节制下生成分歧的焊缝外形或样式。此外，激光焊接的零件比点焊零件刚性好，不易弯曲。

    在零件的设计过程中就必需谨记这些概念，以便充实操作激光焊接的利益。焊缝宽度斗劲小，有可能减轻零件重量。对激光焊接来说，良多点焊应用所需要的余隙孔是不需要的。

    Autotek针对这个防侧撞杆焊接项目对上述问题进行了考虑。从图5可见，待焊部位冲有小圆坑，为锌的挥发供给便利。零件上有12条焊缝，形成健壮刚性的组件。

    遥控焊接工装和零件的开发工作仍是斗劲新的工作，尽管制造夹具使用了尺度件，但在专用零件夹具、呵护气体排放和冲压工艺的开发上需要破耗良多时刻和精神。在考虑进行遥控焊接的新用途时，必需留出时刻进行这些工艺研究。例如，今朝虽然将空气作为呵护气体，可是Autotek 为了改良出产率正在考虑其它气体。

    结语：Autotek是北美首批安装遥控激光焊接设备的厂商之一。这样的系统具有如下利益：

    ◆与传统体例对比，出产能力最多可提高10倍。
    ◆系统结构可以比传统布场所排场积小3~4 倍。
    ◆给出产现场供给较年夜的矫捷性。
    ◆零件能被设计用于顺应激光焊接的需要，焊接出来的零件更轻、更健壮。

    Autotek采纳了合适的手段以实施这一工艺：

    在初始实施阶段，细心评估各类选择，选择最有成本效益的体例。

    ◆当真措置过程的每个细节，确保成功的功效。
    ◆审核零件设计的激光可焊性，搜罗附加有助于锌挥发的“酒窝”。
    ◆设计和制造顺应于遥控激光焊接的零件夹具。
    ◆ 留出足够的时刻进行投产前的开发。
    ◆早日确定并培训对系统实施和操作负责的小组成员。

    今天,在现实出产中RWS的安装数目愈来愈多。尽管激光与电阻焊或电弧焊(GMAW)对比是斗劲昂贵的焊接能源,但系统总成本仍是差不多的，而且RWS手艺具有良多利益。

    当然，该手艺并非适合于每个零件，但本例的研究显示了它是一种成功且有益的选择，可以用来替代传统的焊接手艺。

    为了判定遥控激光焊接法是否合用，应在零件设计和出产轮回的初试阶段进行恰当的剖析。此外，五金冲压厂设计者应该考虑零件设计和装配的解决方案，使出产变得更轻易、更快速、更廉价。RWS是一个极好的焊接解决方案，所以应该纳入这一设计过程傍边。件，但本例的研究显示了它是一种成功且有益的选择，可以用来替代传统的焊接手艺。

    为了判定遥控激光焊接法是否合用，应在零件设计和出产轮回的初试阶段进行恰当的剖析。此外，五金冲压厂设计者应该考虑零件设计和装配的解决方案，使出产变得更轻易、更快速、更廉价。RWS是一个极好的焊接解决方案，所以应该纳入这一设计过程傍边。



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