激光焊接技術(shù)在汽車(chē)座椅制造中的應(yīng)用

1、激光焊接技術(shù)在汽車(chē)座椅制造中的應(yīng)用以往，汽車(chē)整場(chǎng)或者是汽車(chē)配件的生產(chǎn)在傳統(tǒng)的焊接工藝中一直是以點(diǎn)焊、弧焊、為主，特別是點(diǎn)焊，易變形、預(yù)留空間大、速度慢，已經(jīng)不能完全適合汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的需要。而激光焊接技術(shù)克服了上述缺點(diǎn)，因而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。下面從激光焊的原理、激光焊相對(duì)普通焊接的優(yōu)點(diǎn)以及激光焊接工作站的組成等方面加以描述。一、光焊的焊接原理激光焊接采用激光作為焊接熱源，通過(guò)光學(xué)震蕩器利用電能、化學(xué)能等原始能量將某些固態(tài)、液態(tài)或者是氣態(tài)介質(zhì)激發(fā)，產(chǎn)生相位幾乎相同且波長(zhǎng)近乎單一的光束。這些光束由于相位相同且波長(zhǎng)單一，因而差異角非常的小，可以傳播較長(zhǎng)距離，所以可以被高度集中起來(lái)加以應(yīng)用。當(dāng)激光

2、束的功率密度足夠大時(shí)，金屬表面在激光束的照射下急劇升溫，在極短的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到沸點(diǎn)而發(fā)生汽化。當(dāng)金屬蒸汽以一定的速度離開(kāi)金屬熔池表面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加應(yīng)力反作用于熔化的金屬，使其向下凹陷，產(chǎn)生一個(gè)小凹坑。隨著加熱的繼續(xù)進(jìn)行，逐漸形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的小孔。隨著激光束的移動(dòng)，小孔前方熔化的金屬繞過(guò)小孔流向后方，凝固形成焊縫。焊縫的深淺和激光束的功率密度有關(guān)，當(dāng)所用激光功率密度較低時(shí)焊縫的熔深較淺，深寬比較小。當(dāng)激光攻略密度較大時(shí)熔深大，深寬比也大，這時(shí)就比較易于形成深穿透性焊縫。目前包括座椅在內(nèi)的很多焊接工藝都是采用這種激光焊接技術(shù)。根據(jù)激光焊的焊接原理，單一的激光焊接是一種以自熔性焊接為主的焊接方法，

3、這種焊接方法對(duì)焊件裝配間隙要求高，要達(dá)到所需要的熔深所需要的激光功率密度大，因而焊接成本比較高，并存在一定的局限性。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了將激光焊和MIG焊接結(jié)合起來(lái)，形成了激光MIG復(fù)合焊理是在激光向焊縫金屬輸入熱量的同時(shí)電弧也向焊接區(qū)輸入能量，由于激光和電弧在不同程度和形式上影響復(fù)合焊接的性能，從而使焊接速度提高，焊接周期縮短，大撒泡同樣熔深所需要的激光功率也大大降低，因而降低了焊接成本。但激光-MIG復(fù)合焊在電源設(shè)備方面的投資成本相對(duì)較高，制約了發(fā)展。隨著市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，電源設(shè)備價(jià)格的不斷下降，激光-MIG復(fù)合焊接技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。二、激光焊接相對(duì)普通焊接的優(yōu)勢(shì)相對(duì)電阻

4、焊、CO2焊、和釬焊等技術(shù)，激光焊接技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì) 激光焊接的速度很快，最高可達(dá)20m/min. 由于激光束光斑小，功率密度高、加熱范圍小，速度快而且是非接觸焊接，因此殘余應(yīng)力和焊接變形小，這一點(diǎn)對(duì)于焊接質(zhì)量來(lái)說(shuō)很重要。 焊接強(qiáng)度更好。由于激光焊接有很小的熱變形，而且對(duì)鄰近的金屬?zèng)]有機(jī)械扭曲作用，因此激光焊接能保證所得到產(chǎn)品的強(qiáng)敵。 激光焊接可以大大減少預(yù)留的焊接邊緣，減少搭接寬度和一些加強(qiáng)用的部件，因而可以降低材料用量，優(yōu)化設(shè)計(jì)，使座椅設(shè)計(jì)更加柔性化。 激光易于聚焦，可通過(guò)反射鏡或者光纖改變光的走向，也可以在工件周?chē)M(jìn)行再引導(dǎo)，因而他的可達(dá)性好，在其他焊接方法難以接近的工件部位也能進(jìn)行焊接

5、，這一點(diǎn)是其他焊接方法無(wú)法比擬的。 激光焊接的非接觸性也避免了易損件的頻繁更換和維護(hù)，例如電極帽、電極桿和電纜等，既節(jié)約了成本也提高了效率。激光焊還具有特殊的熔池凈化功能，能凈化焊縫金屬。在焊接過(guò)程中，由于激光的作用，焊接部位的金屬熔化并且部分汽化，因雜質(zhì)吸收光能的效率高，所以金屬內(nèi)的雜質(zhì)首先被汽化吸出，從而使焊縫中的雜質(zhì)含量減少，提高了焊接質(zhì)量。三、汽車(chē)座椅激光焊接工作站的組成激光焊接工作站由安全房、激光器、光導(dǎo)和聚焦系統(tǒng)、焊接機(jī)器人、焊接夾具、PLC控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成。(1)安全房安全房和其他類(lèi)型的焊接工作站類(lèi)似，可以使焊接在更環(huán)保、更安全的條件下進(jìn)行。(2)激光器激光器的功

6、能是輸出一定功率的優(yōu)質(zhì)光束。目前激光器主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是固體激光器(又稱(chēng)Nd：YAG激光器)，波長(zhǎng)為106m；另一類(lèi)是氣體激光器(又稱(chēng)CO2激光器)106m的紅外激光，標(biāo)準(zhǔn)激光功率在25kW之間。從輸出光束的質(zhì)量和功率這兩方面綜合考慮，CO2光器比YAG激光器具有更大優(yōu)勢(shì)，尤其是高功率模塊化系列CO2激光器的問(wèn)世，標(biāo)志著大功率CO2激光器在工作期間的穩(wěn)定性問(wèn)題(機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性)得到根本解決，因而CO2激光器得到了廣泛的應(yīng)用。但是，近幾年來(lái)，國(guó)外在研制和生產(chǎn)大功率YAG激光器方面也取得了突破性進(jìn)展，最大功率已經(jīng)能達(dá)到5kW，并已投入市場(chǎng)。由于YAG激光器波長(zhǎng)僅為CO2激光器的1lO，有利

7、于金屬表面吸收，并且可以用光纖傳輸，使導(dǎo)光系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化，所以YAG激光器逐漸成為CO2激光器強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。除了這兩種激光器以外，還有半導(dǎo)體激光器。半導(dǎo)體激光器具有波長(zhǎng)短、重量輕、轉(zhuǎn)換效率高、運(yùn)行成本低以及壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，是未來(lái)激光器重要發(fā)展方向之一。但其面臨的最大問(wèn)題是光束模式差、光斑大，因而功率密度較低，這是半導(dǎo)體激光器今后用于工業(yè)生產(chǎn)所必須解決的問(wèn)題。(3)光導(dǎo)和聚焦系統(tǒng)光導(dǎo)和聚焦系統(tǒng)是由圓偏振鏡、擴(kuò)束鏡、反射鏡或光纖和聚焦鏡等組成，實(shí)現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)、方向，以及傳輸光束和聚焦的功能。這些光學(xué)零件的狀況對(duì)激光焊接質(zhì)量有著極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學(xué)部件，尤其是透鏡性能會(huì)逐漸

8、劣化使激光束透過(guò)率下降；其表面污染也會(huì)增加傳輸過(guò)程的損耗，因而影響聚焦距離和質(zhì)量，影響焊接效果。所以光導(dǎo)部件的質(zhì)量，光導(dǎo)部件的維護(hù)和監(jiān)測(cè)，對(duì)保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要。(4)焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人的作用是實(shí)現(xiàn)光束與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成激光焊接。由于焊接機(jī)器人具有六個(gè)自由度，所以可以實(shí)現(xiàn)多角度柔性焊接。(5)焊接夾具焊接夾具既用來(lái)保證座椅連接件的精確位置，又能起到防止和矯正部分焊接變形的作用。激光焊接夾具和傳統(tǒng)的焊接夾具設(shè)計(jì)理念不同，傳統(tǒng)的焊接夾具模塊比較多，強(qiáng)度要求比較大，即便如此，由于受焊槍的可達(dá)性影響，局部定位受到限制，因而焊后變形也不容易控制。而激光焊接夾具則不需要考慮預(yù)留較大的焊接空間，可以均勻的對(duì)工件進(jìn)行支撐壓緊，對(duì)一些用點(diǎn)焊和弧焊不方便定位焊接即便是能焊也很難對(duì)變形進(jìn)行控制的部位，激光焊接的優(yōu)勢(shì)就非常明顯了。(6)PLC控制系統(tǒng)系統(tǒng)整體采用PLC控制，懸臂上外置觸摸屏，人機(jī)交互性好。(7)監(jiān)控系統(tǒng)激光焊接過(guò)程的監(jiān)測(cè)與控制一直是激光焊接領(lǐng)域研究的一個(gè)重要內(nèi)容。激光熔焊的監(jiān)控系統(tǒng)主要由攝像頭、顯示器和控制系統(tǒng)組成。利用工作站的高速攝像機(jī)，通過(guò)外置懸臂上的顯示器可觀察控制整個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)激光焊接過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控。四、展望以上介紹了激光焊接的基本原