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半导体激光钎焊在白车身的应用历程

导读: 过去二十年里,激光被广泛引入白车身生产线。虽然沃尔沃和宝马是最早付诸行动的品牌,但大众汽车很快迎头赶上,不久就跻身于前沿,在德国沃尔夫斯堡以及世界各地的工厂安装了数百个灯泵浦Nd:YAG激光器。

  历史

  过去二十年里,激光被广泛引入白车身生产线。虽然沃尔沃和宝马是最早付诸行动的品牌,但大众汽车很快迎头赶上,不久就跻身于前沿,在德国沃尔夫斯堡以及世界各地的工厂安装了数百个灯泵浦Nd:YAG激光器。首个激光接缝是隐形焊接,主要用于缩小凸缘尺寸和减轻车身重量,并通过使用液压成形的立柱使得车身结构更为结实。这些结构性焊接一直沿用至今。但是,激光接缝的优点在激光钎焊镀锌钢板时,或是对A级表面使用填充焊丝进行激光焊接铝板时,最为明显。对于这些表面来说,一条已准备好接受油漆喷涂、几乎无需后期处理的低度弯曲、结实的接缝,使这一加工过程变得独一无二。对镀锌钢板的A级激光钎焊于1997年被奥迪TT引进使用。将C柱连接至后围侧板,就可以将C柱既用于敞篷车又用于轿跑车,而在大众汽车宝来的行李箱盖上,必须冲压在两部分之上,然后予以接合。

  设备因素

  正常运行比率是汽车工厂现场设备的首要考虑因素。通常,正常运行比率要求大于99.5%,最长不超过30分钟的设备启动和重启时长。虽然这和电信设备相差甚远(如可靠性),但对于业界激光系统来说,这是一个很大的挑战,也是初期遇到的主要问题之一。通常通过一个双管齐下的方法来解决:一套可靠的激光器,加上一个可行的备用策略。

  很多工厂采用所谓的“激光器农场”,所有用于同一条生产线的激光器都被放置在中央的环境控制地点,通常是放在楼房的夹层。现场使用的激光器通常散布在工厂各处,需要很长的光纤并通过工厂网络进行高级控制,作为光束传输解决方案。当灯泵浦Nd:YAG激光器还是唯一可利用的工业激光器时,这是最好的解决方案。这些系统体积庞大,效率低下,且需要频繁进行计划内和计划外的维修。

  最新一代工业激光器——光纤耦合半导体激光器光纤激光器碟片激光器——都基于二极管,并且具备较好的固有可靠性。在新设施中,半导体激光器通常安置在激光设备附近(见图1)。备用策略通常是基于额外的光纤和光束转换器,允许分时使用最多6根光纤(以牺牲周期时间为代价),在多个激光设备或车身两侧工作,以免系统运行中断。备用设备安装在连铸机上,当一个激光器出现故障,就可以快速地将备用的激光器移到激光设备旁,从而解决了在生产车间维修故障激光器的时间问题。

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