华工激光在光博会：白车身顶盖激光自动焊接系统

2013-03-21 09:03

　　半导体激光钎焊在白车身的应用历程

　　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、光纤激光器或碟片激光器——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。

　　几千瓦激光器安装在连铸机上，解决了汽车业的另一需求。只有提高了电光转换效率才可能设计出比美国家用冰箱更小的激光器。碟片激光器和光纤激光器的电光转换效率分别是25%和30%，而用于钎焊的光纤耦合半导体激光器，其电光转换效率能够超过40%。这缩小了激光器内的辅助部件（如电源供应和冷却系统）的尺寸，因此缩小了整体体积。这也意味着可以将冷却装置放置在内部或邻近激光发生器；和灯泵浦系统相比，大大降低了对外部冷却的需求。