作為奇瑞公司的技術(shù)亮點之一，激光釬焊技術(shù)在奇瑞公司A5系列車型焊裝生產(chǎn)線上的應(yīng)用提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，實現(xiàn)了完美的車身焊接外觀質(zhì)量。
激光焊接優(yōu)勢顯著
在汽車制造業(yè)中，電阻點焊是最常用的焊接方法，但其工藝存在焊接飛濺大、電極頭使用壽命短、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，激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，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。
激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。在實際工程應(yīng)用中，其優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）激光束的激光焦點光斑小，功率密度高，可焊接一些高熔點、高強度的合金材料；
（2）自動化程度高，焊接速度快，功效高，可方便地進行任何復(fù)雜形狀的焊接；
（3）熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理；
（4）激光束易于導(dǎo)向、聚焦，實現(xiàn)各方向變換；
（5）生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益和社會效益良好。
當(dāng)然，與傳統(tǒng)的焊接方法相比，激光焊接設(shè)備昂貴，一次性投資較大，技術(shù)要求也很高，目前在我國工業(yè)中的應(yīng)用還相當(dāng)有限，但生產(chǎn)效率高和易實現(xiàn)自動控制等顯著特點使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造，我公司就已經(jīng)在A5系列車型的焊裝生產(chǎn)線上采用了激光焊接技術(shù)，其成功應(yīng)用已經(jīng)顯現(xiàn)出它的特點和優(yōu)勢。
焊接工藝
這里以我公司A5系列車型行李箱蓋外板分總成激光釬焊工藝為例介紹激光焊接的優(yōu)勢和價值。
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φ1.2mm的硅青銅合金焊絲（CuSi3）。
主要焊接工藝過程是：激光發(fā)生器發(fā)出的聚焦光束首先照射在焊絲表面上，使焊絲受熱充分熔化形成高溫金屬熔體，熔體流入下面板件之間的縫中，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，實現(xiàn)良好的連接，而板件本身則不會被激光的高溫嚴(yán)重熔蝕損傷。工藝原理如圖1所示。
圖1 板件的激光釬焊
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、激光焊接機器人、工裝夾具、激監(jiān)控系統(tǒng)、激光發(fā)生器、循環(huán)水冷卻器和送絲機構(gòu)等組成（見圖2），其中主控PLC負(fù)責(zé)與激光焊接機器人、工裝夾具之間的通信及協(xié)調(diào)配合及整個系統(tǒng)的安全保護，機器人則主控激光發(fā)生器、循環(huán)水冷卻器、送絲機構(gòu)之間的通信、協(xié)同工作。
圖2 激光釬焊系統(tǒng)的組成
（1）主控PLC
本系統(tǒng)的主控PLC采用SIEMENS-S7-300，CPU為315-2DP。S7-300是模塊化中小型PLC系統(tǒng)，它能滿足中等性能要求的應(yīng)用，特點是模塊化，易于實現(xiàn)分布控制，易于用戶掌握，而且當(dāng)控制任務(wù)增加時可自由擴展。
（2）激光焊接機器人
該系統(tǒng)采用FANUC-M710i工業(yè)機器人，控制柜型號為R-J3Ib，采用了新一代的交流伺服電機和基于32位微處理器的智能控制器。內(nèi)置sealing tools工具函數(shù)，可根據(jù)機械人的運行速度實時調(diào)節(jié)激光的功率和送絲速度。擁有RS232、ModelA/B、ProcessI/O及Profibus等通信接口。
（3）工裝夾具
夾具系統(tǒng)由日本FUJI公司開發(fā)，通過主控PLC控制，具有足夠的裝配、焊接空間，不影響焊接操作和工藝質(zhì)量觀察，不妨礙焊件的裝卸，具有較好的制造工藝性和較高的機械效率。定位元件和夾緊機構(gòu)均選用通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的零部件。激光焊接機器人及工裝夾具見圖3。
圖3 激光焊接機器人及工裝夾具
（4）激光發(fā)生器
采用德國TRUMPF公司的型號為HL3006D的Nd:YAG激光發(fā)生器（見圖4），由YAG晶體工作物質(zhì)、燈泵浦源和諧振腔組成，最大輸出功率為3kW，額定輸入功率為98kW。在實際應(yīng)用中，激光的能量一部分用于熔化焊絲，一部分用于預(yù)熱工件，保證熔融的焊絲在母材上有較好的鋪展性從而形成均勻美觀的焊縫。
圖4 激光發(fā)生器
（5）循環(huán)水冷卻器
采用日本ORION的循環(huán)水冷卻器，對激光發(fā)生器進行冷卻。采用三循環(huán)冷卻方式：工業(yè)循環(huán)水冷卻純凈水、純凈水冷卻純水、純水冷卻激光發(fā)生器，保證激光發(fā)生器系統(tǒng)的溫度控制在180℃左右。
（6）送絲機構(gòu)
該機構(gòu)作為激光機器人的從站，主要與激光機器人有三個數(shù)字量和一個模擬量的信號通信，分別位于送絲裝置的CON5接口、CON7接口和CON2接口內(nèi)。
工程應(yīng)用
在激光焊接填絲的環(huán)節(jié)，廠家推薦的理論參數(shù)是焦點位于焊絲表面上方2mm處，使80%的光束照射在焊絲上，20％的光束照射于附近板件上，但實際的系統(tǒng)應(yīng)用過程中卻出現(xiàn)了一些問題，我們及時進行了調(diào)整和反復(fù)試驗，最終將激光的焦點定于工件上方12mm處，焊絲緊貼板件送入，工件上的光斑直徑約為3mm，焊絲直徑為1.2mm。由于光斑的直徑約為3mm，因此釬料的鋪展范圍被約束在大約3mm的寬度?？紤]到實際的焊接速度和焊縫需要敷熔釬料的填充量，合適的送絲速度匹配合適的激光功率和光斑直徑是非常必要的。
綜合生產(chǎn)實際情況，較大的功率可以配合較大送絲速度進行焊接，但較大的熱輸入會導(dǎo)致板件拐點出現(xiàn)嚴(yán)重的變形，影響A5系列車型行李箱蓋外板的表面質(zhì)量。因此在工件本身剛度較差的情況下只有通過減小熱輸入來控制工件的變形。但是，較小的熱輸入量必然要配合較低的送絲速度，造成的后果是過少的敷熔釬料和不充分的板件預(yù)熱，這樣會直接導(dǎo)致焊縫的不完整和較差的成形。這一問題經(jīng)過設(shè)備廠家和我公司技術(shù)人員多番調(diào)試，終于成功試驗出一套合理的焊接參數(shù)，在焊絲與板件接觸處釬料鋪展充分，焊縫成形均勻且美觀牢固，滿足了最終的外觀質(zhì)量要求。不同參數(shù)下的實際焊接效果如表所示。
表 不同參數(shù)下的實際焊接效果
結(jié)束語
激光釬焊是常規(guī)激光焊接工藝的擴展，它可以降低激光焊接對接頭裝夾精度、激光功率、激光聚焦性能的嚴(yán)格要求，同時在改善焊縫冶金性能、實現(xiàn)異種材料焊接等方面也有很大應(yīng)用空間，還可結(jié)合工業(yè)機器人組成柔性化焊接單元，更有利于全位置焊縫的焊接。
汽車工業(yè)的快速發(fā)展要求汽車生產(chǎn)廠家在提高產(chǎn)量的同時提高制造質(zhì)量，因而汽車廠的主要生產(chǎn)線都在逐漸向全自動化的方向發(fā)展，車身焊裝生產(chǎn)線也不例外。激光焊接技術(shù)的應(yīng)用正迎合了這種發(fā)展需求，不僅實現(xiàn)了自動化，使生產(chǎn)效率大幅提高，而且達到了很高的焊接質(zhì)量，實現(xiàn)了完美的車身外觀，對汽車工業(yè)的品牌提升也發(fā)揮著重要的作用。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
