激光釬焊系統(tǒng)在焊裝工藝生產(chǎn)線上的應(yīng)用

龍全兵，趙景毅，王作兵

激光釬焊系統(tǒng)在焊裝工藝生產(chǎn)線上的應(yīng)用

龍全兵1，趙景毅1，王作兵2

（1.奇瑞商用車（安徽）有限公司，安徽 蕪湖 241006；2.浙江零跑科技有限公司，浙江 金華 321000）

激光釬焊是常規(guī)激光焊接的擴(kuò)展，是一種高質(zhì)量和高精度的焊接方法。文章主要針對(duì)介紹焊接生產(chǎn)線激光釬焊系統(tǒng)的工藝原理、系統(tǒng)組成和工程應(yīng)用，以及激光釬焊系統(tǒng)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

激光釬焊系統(tǒng)；工程應(yīng)用；常見的焊接缺陷

前言

在汽車制造業(yè)中，電阻點(diǎn)焊是最常用的焊接方法，但其工藝存在焊接飛濺大、電極帽使用壽命短、縫接搭邊量較大等難以解決的問題，而CO2焊、MIG焊、銅釬焊等焊接方法受電流電壓的影響很大，穩(wěn)定性難以得到可靠保證。

近年來，激光焊接因其焊接質(zhì)量較好、焊接的精度較高、同時(shí)焊接過程中產(chǎn)生的焊料變形較小，正成為金屬材料加工與制造的重要手段，越來越廣泛地應(yīng)用在汽車制造等領(lǐng)域。

激光焊接是利用激光光束作為熱源將被焊接的金屬部件表面熔化后經(jīng)冷卻結(jié)晶的焊接方式，有激光熔焊、激光釬焊等，激光熔焊與激光釬焊的區(qū)別在于：激光熔焊不需要填充焊絲，直接通過激光光束熔化母材，而激光釬焊需要填充焊絲來實(shí)現(xiàn)焊接，激光焊接在實(shí)際工程應(yīng)用中，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）激光焊接的激光光斑較小，對(duì)于焊接板料的熱影響較小，焊接過程中對(duì)被焊接的板材產(chǎn)生的影響小。

（2）激光焊接的熱源較集中，焊接速度快，冷卻時(shí)間短，提高焊接效率。

（3）激光光束可以實(shí)現(xiàn)調(diào)整變換、方便各角度的焊接。

（4）可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量更好、外觀更佳的焊接外觀。

（5）可實(shí)現(xiàn)對(duì)特殊材料的焊接，如合金材料、鋁材料、鈦材料等。

當(dāng)然，激光焊接也存在一定的局限性，對(duì)于焊接的工裝夾具定位精度要求高、激光焊接相關(guān)設(shè)備投入成本高等因素在我國工業(yè)中的應(yīng)用還相當(dāng)有限，我公司已經(jīng)在A5、艾瑞澤5車型部分車身板件采用了激光焊接技術(shù)，其成功應(yīng)用已經(jīng)顯現(xiàn)出它的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

1 主要焊接工藝過程

通過激光發(fā)生器將激光光束聚焦在焊接板材填充的焊絲上，通過激光光束的熱源將填充焊絲熔化形成金屬熔體，熔體流入下面板件之間的縫隙中，在合適的激光加熱條件下，熔體與板件間可以形成良好的冶金結(jié)合釬焊層，實(shí)現(xiàn)良好的連接，而板件本身則不會(huì)被激光的高溫嚴(yán)重熔蝕損傷。如圖1所示：

圖1 激光釬焊焊接工藝

2 激光釬焊系統(tǒng)的組成

我公司采用的激光釬焊系統(tǒng)由主控PLC、激光監(jiān)控系統(tǒng)、激光焊接機(jī)器人、激光發(fā)生器、工裝夾具、循環(huán)水冷卻器及送絲機(jī)構(gòu)等組成（見圖2），主控PLC控制激光機(jī)器人與工裝夾具的通訊連接，以及保證整個(gè)激光釬焊系統(tǒng)安全，激光機(jī)器人控制激光發(fā)生器、循環(huán)水冷卻器、送絲機(jī)構(gòu)相關(guān)操作，保證各機(jī)構(gòu)能夠按照系統(tǒng)要求進(jìn)行送絲、焊接及冷卻。

圖2 激光釬焊系統(tǒng)的組成

2.1 主控PLC

采用SIEMENS-S7-300，具有模塊化、便于操作者掌握，對(duì)于不同的控制任務(wù)可以靈活、自由擴(kuò)展。

2.2 激光焊接機(jī)器人

采用FANUC-M710i工業(yè)機(jī)器人，使用微處理器和新一代交流伺服電機(jī)，控制器內(nèi)部設(shè)置相關(guān)的函數(shù)編程，可以通過機(jī)器人內(nèi)部設(shè)置的函數(shù)計(jì)算得出焊接時(shí)的送絲速度以及調(diào)整激光光束功率，具有多個(gè)通訊接口。

2.3 工裝夾具

采用日本FUJI公司開發(fā)工裝夾具，工裝夾具定位通過PLC進(jìn)行控制，能提供足夠空間進(jìn)行焊接操作和外觀質(zhì)量觀察，方便焊件裝配及拆卸，工裝夾具的定位、夾緊裝置采用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化部件，方便后續(xù)的更換及維修。

2.4 激光發(fā)生器

采用德國TRUMPF公司激光發(fā)生器，由YAG晶體工作物質(zhì)、燈泵浦源和諧振腔組成，輸出功率高，即能夠滿足焊絲的熔化需要，又能對(duì)焊接板件預(yù)熱，從而實(shí)現(xiàn)焊絲與母材較好的熔合，形成美觀的焊縫。（見圖3）。

圖3 激光發(fā)生器

2.5 循環(huán)水冷卻器

采用日本ORION的循環(huán)水冷卻器，對(duì)激光發(fā)生器進(jìn)行有效冷卻，使激光發(fā)射器溫度有效控制在180℃左右。

2.6 送絲機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)CON5接口、CON7接口和CON2接口與激光機(jī)器人建立通訊信號(hào)，根據(jù)相關(guān)通訊信號(hào)選擇送絲。

3 工程應(yīng)用

廠家推薦的相關(guān)理論參數(shù)并不完全能夠適用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作，需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整及反復(fù)驗(yàn)證，使激光光束焦點(diǎn)及光斑直徑匹配到合適的范圍。

這里以我公司A5車型的行李箱蓋總成激光釬焊工藝為例介紹激光焊接的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值。A5系列車型的車身焊接板件采用的是冷軋低碳鋼板（厚0.8～1mm），釬焊焊絲采用φ1.2 mm的硅青銅合金焊絲（CuSi3）。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際需求，為了達(dá)到最佳的送絲速度及焊接外觀質(zhì)量，激光光束焦點(diǎn)及光斑直徑等參數(shù)經(jīng)反復(fù)調(diào)試驗(yàn)證，目前我公司激光的焦點(diǎn)設(shè)定于板件上方12mm處，焊絲緊貼板件送入，光斑直徑約為3mm，焊絲直徑為1.2mm，即保證了工作效率又滿足了焊縫外觀質(zhì)量要求。

4 激光常見焊接缺陷及原因

4.1 焊縫偏離/偏斜

焊接板件間間隙超差、送絲速度過慢，送絲不暢或者速度設(shè)置過低、控制器的電纜線束壓迫或者牽扯、激光光束與焊絲位置不對(duì)中等因素影響。

4.2 焊縫表面高低不平

導(dǎo)絲嘴磨損造成出絲抖動(dòng)、激光功率不足、激光焊面有凹凸不平等因素影響。

4.3 氣孔

焊件表面清潔不良、激光頭上的壓縮空氣、夾具上壓縮空氣漏氣等因素影響。

4.4 塌陷

激光功率過大、送絲速度過低、機(jī)器人速度不均勻等因素影響。

4.5 起收弧焊瘤、燒穿

起收弧點(diǎn)的位置出現(xiàn)偏差、激光延時(shí)、送絲延時(shí)是否合理匹配等因素影響。

4.6 焊接中斷

激光源錯(cuò)誤和激光程序號(hào)丟失、焊絲堵塞、送絲速度傳感器故障等因素影響。

5 結(jié)束語

激光釬焊屬于激光焊接工藝一種，對(duì)于提高車身焊接質(zhì)量、自動(dòng)化、柔性化生產(chǎn)，大幅提高工作效率方面發(fā)揮重要作用，得到越來越多汽車生產(chǎn)企業(yè)的青睞。

Application of Laser Brazing System in Welding Process Production Line of Automobile Manufacturing Industry

Long Quanbing1, Zhao Jingyi1, Wang Zuobing2

（1.Chery Commercial Vehicle(Anhui) Co., Ltd., Anhui Wuhu 241006; 2.Zhengjiang leapmotor technology Co., Ltd., Zhejiang Jinhua 321000）

Laser brazing is an extension of conventional laser welding. It is a high quality and high precision welding method. This paper mainly introduces the process principle, system composition and engineering application of laser brazing system in welding production line, as well as the characteristics and advantages of laser brazing system.

Laser brazing system; Engineering application;Common welding defects

U466

A

1671-7988(2019)13-209-03

U466

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1671-7988(2019)13-209-03

龍全兵（1983-），男，就職于奇瑞商用車（安徽）有限公司，從事汽車整車制造技術(shù)、工藝、質(zhì)量工作/研究。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.13.070