汽车制造中的遥控焊接技术

    一套遥控激光焊接系统（RWS）在墨西哥柏布拉市Magna-Autotek投入满负荷生产。这套RWS采用了高功率CO2激光器和可动反射镜，用激光束的能量焊接板金件。大功率、光束质量极好的CO2 激光器的问世，使该技术能够应用于1m ×1m或更大的加工面积。这种方法同传统工艺相比具有周期快、占地小等优点。Magna-Autotek是“一级”汽车供应商，在供给一家汽车总装厂的一种零件上他们采用了遥控激光焊接技术。  
     
    该零件是2005 大众捷达A5车门防侧撞杆，由三个冲压件焊接而成。在这个镀锌低碳钢组件上有12条搭接焊缝。满负荷生产始于去年十月，预计5年内年产317,000辆。因为有左门和右门之分，防侧撞杆年产634,000件。Autotek厂实行每周5天的两班工作制，相当于每小时生产235件，即每个零件耗时大约15.3 s。  
     
    用户零件图上规定了激光焊接，因为该零件已经以这种方式在德国生产，且墨西哥的工厂也采用同样的零件装配汽车。为了确定最适合于该用途的激光焊接工艺，Autotek对工业机器人用Nd:YAG激光器和遥控焊接CO2激光器进行了评价。如上所述，该零件在德国采用Nd:YAG激光器和工业机器人生产。Autotek为这两种焊接方式分别制定了方案，并向一些潜在的“集成系统供应商”询价而获得投资成本。针对这一应用的结论概括如下：  
     
    ◆两套系统的投资费用大致相同，一套RWS工作站和2台Nd:YAG激光器的成本相当。现有Nd:YAG系统焊接一个零件需要24 秒。循环时间分析显示，RWS可在26秒内焊2件（几乎是上述结果的两倍）。因此，在实际生产当中，RWS可以达到每15.3 秒一件的满负荷生产率。  
     
    ◆RWS系统的维护成本低得多。Rofin “板条式” CO2 激光器不需要更换任何光学器件，只须每8个月更换一次预混气瓶。而Nd:YAG激光器需要频繁更换泵浦灯，耗电较大，而且必须经常更换聚焦镜的保护盖。  
     
    ◆RWS易于程控实现不同的焊缝形状和摆焊功能，这一特性为按照零件结构“定制”焊缝模式、改进总体焊接强度和零件刚度提供了较大的灵活性。  
     
    ◆RWS提供更高的激光功率和从一个焊接位置快速 (50ms) “跳”到另一个焊接位置的能力。这大大加快了生产周期，为今后使用该系统焊接其它零件提供了灵活性。  
     
    根据这一分析，Autotek断定，就焊接防侧撞杆的用途而言，RWS是具有成本优势和较高灵活性的解决方案。  
     
    遥控激光焊接原理  
     
    上世纪九十年代后期，大功率(最小3kW) CO2 激光器已经可以提供很高的光束质量。如图2所示，标准RWS包括大功率 (可达6 kW) CO2 激光器和“遥控”长焦距 (通常1000mm-1600mm) 扫描系统。由计算机驱动的运动系统可以象机器人或CNC控制器那样执行编程路径，完成钣金组件的激光焊接。