汽车制造中顶盖激光焊接.doc

冃前，激光焊接技术己经广泛地应用在汽车制造业，通过顶盖激光焊接的实际应用,分析激光焊接 的系统构成以及设备调试过程中的问题，汽乍制造商町有效保证汽乍产品的质量,提升产品竞争 力. 目前,激光焊接技术己经广泛地应用在汽车制造业,通过顶盖激光焊接的实际应用, 分析激光焊接的系统构成以及设备调试过程中的问题,汽车制造商可有效保证汽车产品的质 量,提升产品竞争力。 激光焊接具备能量密度高、焊接变形小及焊接速度快等优点，在汽车行业应用越来越 广泛。国内大多数汽车企业在进行车顶、侧圉、车门及座椅等部件的制造过程中都采用了激 光焊接工艺，有效地提高了整车制造质量，加强了整车的安全性能，缩短了焊接吋I可、提升 了企业的制造水平。 方案介绍 整车企业常用的激光焊接主要包扌舌熔焊、钎焊等，我公司在高级轿车项目中使用了顶 盖激光熔焊技术进行车顶焊接，如图1所示。金属材料被较高功率密度的激光照射，照射部 位被熔化、蒸发，从而形成一个小孔；当激光束相对焊件移动时，小孔中心也随之移动，并 处于相对稳定状态；熔融金属会反方向流动，填充小孔，从而形成焊缝。与传统的点焊工艺 相比，激光熔焊有强度高、热影响区域小以及焊缝美观的特点。从图2可以发现，激光焊接 能量集中，焊接熔深大，焊接成形美观，焊接后的强度完全满足使用要求。 图1焊接原理 该激光熔焊设备的结构如图3所示。激光焊设备采用TRUMPFTruDisc-4006固体激光 发生器，最大功率可以达到4000Wo由2台专用FANUC机器人安装HighYAG激光头进行 焊接。车顶采用搭接形式，单侧焊缝长度达到1630mm。 在焊接前首先采用FANUC机器人视觉系统对整车顶盖进行定位，从而实现焊接轨迹的 精确补偿。 图2焊接分析 ?激光源 目前，国内常用的激光源包括TRUMPF泵浦式和IPG光纤式，在综合对比了成熟案例 应用后，我们最终选用TRUMPF TruDisc-4006固体激光发生器作为激光源（见图4）,其 优点在于：光束可以通过光缆进行远距离传输（100m）；高效率的光束质量（焦点直径为 0.6mm,功率为4kW）； 激光能量可精确控制；远程故障诊断等。 图3激光焊接架构 2.激光头 激光头采用HighYAG的PDT,选用的原因是该品牌提供了完整的焊缝跟踪及压紧技术, 该系统主要由光导和聚焦系统、导向系统和压紧系统等组成，如图5所示。光导聚焦系统由 圆偏振镜、扩朿镜、反射镜或光纤及聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态、方向、传输光 束和聚焦的功能。这些光学零件的状况对激光焊接质量有极其重要的影响。在大功率激光作 用下，光学部件，尤其是透镜性能会劣化，使透过率下降，产生热透镜效应，同时表面污染 也会增加传输损耗。该系统在透镜污染后会进行自动维护提示。 导向及压紧系统通过伺服机构进行精确的位置及压力控制，确保焊接过程中相关工艺参数的 准确。 压紧机构有压指及压轮两种形式，在本次项目屮我们选用了压指，这两者的优缺点比 较如表1所示。压指作用于焊接行进方向的前端（侧面），由于压指半径较小，作用点可以 在2.3?5mm之间调整，同时压指结构下不易粘上焊接飞溅，且经过长时间使用不像压轮 一样容易变形。在导向系统上，使用机械式触指，从表2的对比结果可知，通过触指与上板 台阶保持一定的压力，保证行走时光锥始终沿着焊缝。与相机寻轨的方式相比，机械式触指 结构简单，对检测面要求较低，避免了零件表面波动、不平等原因导致的质量问题。 图4 TRUMPF激光源 3.其他系统 （1）视觉定位 视觉系统是自动激光焊接机器人的动作基准，通过安装在机器人手臂 端上的3D摄像头进行车体特征点的识别，在视觉系统软件进行设置，建立视觉画面上的点 位与机器人位置相对应的关系。对工件进行视觉成像，与已标定的工件进行比较，得出偏差 值，即机器人激光焊接起始点的补偿值。 通过视觉系统的应用，降低了顶盖与侧围Z间匹配的偏差，起到了保护激光头相关附 件，确保激光焊接质量的作用。本项目使用了如图6所示的FANUC IRVISON 3D摄像头。 初次使用时，需要通过试验一定批次的产品设定标准值，确定标准值后，需要对相机的曝光 时间、识别精度的参数进行反复调试对比，才能确保最终3D图像识别的成功率。 图5 HighYAG激光头 （2）安全系统激光由于能量较高，且常态下不可见，存在对眼睛及皮肤产生危害的 风险。所以激光焊接设备定级为class 4级，必须采取必要的保护仓以及保护眼睛的措施进 行操作。激光保护仓在设计时考虑以下要素：门安全锁要保持常锁定，任意的打开动作将导 致设备的安全紧急停止；保护仓的玻璃采用光学密度为0D8的玻璃，其对光的截止率比较 高，可实现有效的防护作用；通过程序的设计，对于任何操作可使机器人缓慢停止，激光头 上同样需要安全防护。 激光头与