远距离激光焊接对汽车制造的影响 (1)

2004年10月，一个以激光为基础的远距离焊接系统(RWS)在墨西哥Puebla的 Magna-Autotek全面投入生产了。这台RWS采用高功率CO2激光光束和一个可动的镜子，引导激光来焊接金属薄板零件。具有良好光束质量的高功率CO2激光器的出现，使该技术能在1米x1米或更大的工作区域运行。与传统技术相比，这一技术的优点包括周期较快和占地面积（生产面积）较小。Magna-Autotek是“Tier 1”汽车供应商，该公司已经用远距离激光焊接技术为其它汽车装配厂，生产了一个零件。

该零件用于2005大众汽车Jetta A5型汽车，是一个门梁冲压装配件（door beam impact member assembly），它由三个焊接在一起的单个冲压件组成。在镀锌低碳钢上，有12个重叠的焊缝(见图1)。去年10月开始全面生产，预计在5年期间，年生产量为317,000辆。因为有左门、右门之分,这就要求每年生产634,000个门梁冲压装配件。因为Autotek是分二班运转的，每周工作5天，这表明：该系统的生产率为每小时可生产235个零件，生产一个零件平均仅需15.3秒。





图 1.冲压装配件：在镀锌低碳钢上有12个重叠的焊缝。

因为激光焊接已经在德国用于生产，所以在客户的图纸中规定要用激光焊接，因此，在墨西哥的这家工厂将会用同样的零件来组装车辆。Autotek公司对装在机械手上的Nd:YAG激光器和具有远距离焊接功能的CO2激光器进行了评估，以便为它选择一个最好的加工技术。如已经注意到的那样，这个零件已在德国用Nd:YAG激光器和工业机械手进行生产。 Autotek想通过从潜在的系统供应商那里，能得到有关加工和投资成本方面的信息。下面是同这项应用有关的几个结论的摘要：

* 这两个系统的投资成本类似，因为Nd:YAG激光器需要两个，而RWS工作站只需一个。 现有的Nd:YAG系统加工一个零件需要24秒。 周期分析表明：RWS在26秒内可生产二个零件(差不多是2倍产量)。因此，用一个RWS，可达到的全面生产能力为：15.3秒生产一个零件。
* RWS具有低得多的系统维修成本。Rofin“平板”CO2激光器不需要更换任何光学元件，只需要每8个月更换一只预混合气体瓶。Nd:YAG激光器需要经常更换灯，电费成本较高，聚焦光学系统要求经常更换保护“盖”。
* RWS容易为各种焊缝形状和编织功能编程。这为创造各种焊缝图样提供了较大的灵活性，更能满足客户为达到更高整体焊缝强度和零件硬度的设计要求。
* RWS具有较高的激光功率，能快速从一个焊点位置移到下一个焊点位置，跳跃时间仅为50ms。这使生产周期大大加快，为未来使用该系统装配其它零件提供了方便。

在这一分析的基础上,Autotek确认：对它的门梁冲压装配件应用来说，RWS是成本较低和灵活性更高的解决方案。

远距离激光焊接要点

在上世纪90年代后期，高功率(3千瓦和3千瓦以上)CO2激光器已经出现，而且光束质量很好。 图2显示的典型RWS包括一台高功率(高达6千瓦)CO2激光器和一个具有长焦距(典型为1000毫米-1600毫米)的“远距离”扫描系统。计算机驱动的运动系统按程序行走一段路程，就像机械手或CNC控制器那样，便可完成对待焊金属薄板组件的激光焊接。





图2. 典型的远距离焊接系统。