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光纤激光器在白车身生产中的应用分析

2015-02-21 02:01
龙凰
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  具有优异光速质量的高功率光纤激光器经常被用于汽车白车身的远程焊接。其焊接速度和生产效率是电阻点焊或传统激光焊接等任何其它焊接技术无法比拟的。但是过高夹具加工成本、庞大的激光安全房 ,都限制着远程激光焊接的应用。

  随着汽车工业规模日益增大,电阻点焊和激光远程焊接的应用已颇具规模。有人赞成,也有人反对这种应用。激光远程焊接的主要优点是高效的焊接效率,及具有激光焊缝的各种优点,使焊接周期显著缩短。电阻点焊的优点是自身带有低沉本的夹紧技术,IPG光子有限公司已经在新型激光线焊枪LSS中结合了这些优点。

  激光线焊机能够在焊接前像电阻点焊一样夹紧焊接件,然后以振荡模式,开始数个10mm长度的激光缝焊。激光焊接和激光器光束路径在夹具的空心结构内,因此无需外部安全房屏蔽激光焊接。该焊接机集成有排气系统,用于排放焊接烟雾和烟尘。

  激光线焊机采用一个缝焊代替传统电阻点焊的两个焊点,扭转钢度明显增加。以同样的节拍工作时,激光线焊的效率是电阻点焊的两倍。

  激光远程焊接的速度比电阻点焊高5-8倍,在焊接小型零件时具有无与伦比的经济效益,可在车身焊接中多处应用。激光线焊机能够替代车身焊接中使用的电阻点焊枪,可以集成于车身生产线中与点焊混线生产。

  而新开发的激光线焊枪,带有自夹紧系统,安全的激光封闭系统,无需额外的激光安全房。激光线焊枪的使用及操作方式与传统电阻点焊枪一样,但焊接速度是电阻点焊的2倍。激光线焊的焊接速度比点焊的高,但比远程焊接低。激光线焊几乎具有所有激光焊接的优点:完成窄边焊接、高强钢板的焊接、3层板焊接、铝材焊接等等。低能耗低成本的IPG光纤激光器是车身组装的新型利器。

  激光远程焊接

  激光远程焊接是指焦距大并通过倾斜光束(而不是以焊接速度移动激光光纤或零件)来实现激光光束和工件之间相对运动的焊接。

  远程焊接时需要高光束质量。用于白车身焊接的首台激光器为设有固定式扫描仪的CO2激光器。随着光纤激光器等固态激光器光束质量的提高,还可以与更小的扫描仪一起使用,扫描仪安装在标准的6轴机器人上。

  在实际的生产中使用两套系统,均具有非常高的生产率。典型激光功率为4-6kW,焊接速度为4-10m/分钟。固定式扫描仪能够扫描最大尺寸为1.4m x 3m的工作区域,扫描仪的焦距为1.6m(图1)。

  采用宽幅扫描仪扫描到的CO2-激光器和光纤激光器的典型焊点熔核,如图2所示。图片表明,光纤激光器的最大可能焊接速度高许多。这种运行情况的原因是10.600μm(CO2-激光器)和1070nm(掺镱光纤激光器)激光辐射的吸收机制不相同。由于波长更长,CO2-激光器具有等离子屏蔽效应,使得焊缝上部更宽,从而降低了穿透能力。

  在实际的零件焊接中,掺镱光纤激光器的加工时间比CO2-激光器焊接零件所需的时间短30%(图3)。

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