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远程激光焊接
单侧,非接触式的激光焊接同高速扫描镜片结合,减少了焊接时间的同时提高了生产率。
远程激光焊接已经正在成为一种替代传统汽车白车身应用中电阻点焊的一种手段。根据行业调查,已安装的设备超过60套,主要集中在欧洲和北美地区。远程激光焊接技术发挥了单侧,非接触式激光焊接带来的技术和经济优势,并将其与高速扫描镜片带来的优势相结合,大大缩短了焊接时间,在整个焊接流程中增加了总生产效率。
远程激光焊接的优势是最为显著的,如果和传统激光/机器人焊接的一些工作周期相比:20mm的缝焊能在0.2-0.4秒内完成,重复定位时间最大3秒,而对于远程焊接来说焊接时间相同,重复定位时间仅为0.2秒。远程焊接的关键优势在于降低了定位时间,这是由于装备了高速的光束扫描装置(见图1)。
扫描降低了定位时间 Comau Pico公司很早就曾为推动远程激光焊接技术的发展作出努力,他们曾通过和一些具有前瞻想法的汽车制造商合作,在白车身生产上开辟了新领域。在公司早期获得的成就当中有一项是同Rofin Sinar公司合作,采用一台基于 CO2 激光的远程焊接设备,利用扫描镜片以高速反射光束,焊接车身件的多个焊接位置。
在Fiat Marea车的一个典型部件上,远程CO2 激光焊接被用来替代电阻点焊,它主要用来消除在车后部尾门上采用胶粘剂带来的成本。在这一应用中,总的激光缝焊时间是5秒。在对该车型门框的焊接上,43条激光焊缝仅需30秒就能完成,替代了传统的电阻点焊。在这两种应用中,重复定位时间的降低高达94%。
Comau公司在同Rofin合作获得以上这些应用的经验之后,开始认识到该系统能提供以下的优势:高生产率(高达120个焊点/分),高柔性,减少的占地面积(大多数汽车厂的主要成本因素之一),以及焊接各种不同外形零件的能力。
但是,如果不考虑使用的远程焊接系统,从零件来看,它们必须被紧紧装夹在每个焊接工位。这使得设计和制作夹具成为必需,在一些应用中甚至非常复杂。另一方面,其优点在于,更经济,占用更少空间,相比要使用6到8个夹具的点焊来说,远程焊接的夹具仅需一个。
Comau 也认识到传统的远程焊接系统上的扫描盒存在一些限制,因为它不可能移动远程焊接头。因此Comau开发并申请了一项专利,这是一种快速光束传递系统,在安装到传统的龙门型系统上后,能提供四轴的运动(见图2)。采用该方式的新单元可带来更高产量,高速在零件上移动光束的能力替代了移动部件,并且降低了相关工具的复杂性和成本。这一概念允许用户在龙门框架范围内的任何地点完成焊接。 图2.传统的扫描盒被专利的快速光束传递系统替代 和Agilaser公司配合,超过12台甚至更多的远程激光焊接设备现在正在Fiat位于意大利各个工厂运转, 在Mirafiori它们为Idea和Musa两款车型焊接部件;在Melfi它们一直焊接Punto的部件,在Ca ino它们焊接新Stilo的部件。系统同样被安装在Renault公司位于斯洛文尼亚Novo Mesto的工厂,用于焊接Clio和Twingo的部件,以及法国Saundoville工厂,焊接Megane的部件;在意大利Pomigilano焊接Stola、Ducato和Alfa159的部件。
在Mirafiori 工厂,一套Agilaser激光设备替代了一条机器人电阻点焊线,它采用双夹具远程焊接系统用于车门装配线,生产投资降低了15%,而生产率提升了20%,同时降低了占地面积——和传统的四机器人焊接系统相比减少了50%。结果是采用激光远程焊接后单件成本降低了30%。
Renault 采用一套Agilaser焊接C85的前门部件(见图3),替代了原先使用的需要12台机器人电阻焊的系统,原系统需要占地1050m2 ,而采用5机器人加工站的 Agilaser仅占地808 m2 。两台 Agilasers以66秒的周期生产部件,焊接93条右侧及左侧激光焊缝,而以前需要电阻点焊130个右侧和左侧焊点。在 Renault公司,一台Agilaser在C65型号的前门焊接38条激光焊缝,仅使用两套相同的夹具。 图3. Renault使用一台 Agilaser焊接C85的前门部件 尽管这些CO2 激光系统从所记录的正常工作时间来看,稳定性超过98%,但它们仍然没有被认为是主流的加工手段,这是由于它们先天在CNC机床结构上的问题导致。因为几乎所有的汽车部件和车身焊接是通过关节型的机器手完成的,而如果使用激光,可选的光束传递方式就是通过光纤。
作为将远程焊接带入下一个阶段所作的努力和欧洲“远程焊接”项目的一部分,Comau公司开发了3D扫描头,并在两年前第一次在慕尼黑激光展上亮相。这一系统配备了Rofin Sinar 4.0千瓦半导体二极管泵浦Nd:YAG激光器,光束传递通过一根捆绑在传统机器手上的400微米直径的光纤。
