精密激光焊接設(shè)備權(quán)威制造商
就連接批量生產(chǎn)的汽車(chē)車(chē)身所使用的熱鍍鋅鋼板而言，二極管激光釬焊是一種行之有效的方法。專(zhuān)為這一應(yīng)用開(kāi)發(fā)的釬焊光學(xué)元件，通過(guò)機(jī)器人沿著接縫移動(dòng)。激光束通過(guò)光纖被傳輸?shù)焦鈱W(xué)元件中，而銅硅線（CuSi3）則在釬焊過(guò)程中熔化。
激光釬焊技術(shù)取得成功的關(guān)鍵，除了能提供類(lèi)似于焊接所展現(xiàn)的穩(wěn)定性之外，主要在于其高質(zhì)量的接縫外觀。激光產(chǎn)生的釬焊縫以其光滑、潔凈的表面以及對(duì)部件的牢固連接而著稱(chēng)，在視覺(jué)上極具吸引力，而且?guī)缀鯚o(wú)需后續(xù)處理，清洗后便可立即著色上漆。與傳統(tǒng)的連接技術(shù)不同，激光釬焊能實(shí)現(xiàn)這種獨(dú)特的接縫效果，無(wú)需額外的覆蓋件，也免去了相應(yīng)的儲(chǔ)存和組裝工作。
然而，至少在一定程度上，激光釬焊技術(shù)現(xiàn)在已無(wú)法滿(mǎn)足人們所寄予的厚望。汽車(chē)制造商越來(lái)越多地轉(zhuǎn)向在車(chē)身上使用熱鍍鋅鋼板。熱鍍鋅比傳統(tǒng)的電鍍鋅更耐腐蝕，因而這種改變可以帶來(lái)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。
由于新的鋼板表面特性，激光釬焊已無(wú)法達(dá)到往常的效果?？拷涌p處的飛濺物越來(lái)越多，尤其是細(xì)微飛濺物，起初很難被察覺(jué)，但在噴漆后就暴露無(wú)疑。接縫本身的質(zhì)量也出現(xiàn)下降，由于變得更粗糙，常會(huì)顯示出所謂的小波紋，如果超量，甚至?xí)鼋涌p外觀可接受的標(biāo)準(zhǔn)范圍。這些工藝上的困難使得汽車(chē)制造商紛紛從分銷(xiāo)商處尋求替代方案。
在那時(shí)，已經(jīng)對(duì)使用矩形光斑而非傳統(tǒng)的圓形光斑的釬焊工藝進(jìn)行了測(cè)評(píng)。為了在釬焊光學(xué)元件中產(chǎn)生矩形光斑，特別在Scansonic ALO3釬焊光學(xué)元件中添加了均質(zhì)化模塊（圖1）。Laserline公司使用這種均化器產(chǎn)生矩形光斑從而使激光功率增強(qiáng)到10 kW，這一技術(shù)至今已被使用多年。
目標(biāo)是產(chǎn)生一個(gè)矩形光斑，它所帶有的凹進(jìn)處可供焊絲。第一種幾何結(jié)構(gòu)并沒(méi)有直接帶來(lái)所期望的成功，但在一年之內(nèi)，就開(kāi)發(fā)（包含幾個(gè)迭代階段）出了目前的三光斑模塊，稱(chēng)其為優(yōu)化矩形光斑（或光斑）模塊。在此解決方案中（圖1b），有兩個(gè)較小的光斑定位于主光斑的前方，用于燒蝕釬縫邊緣的鍍層。主光斑則熔化更大的范圍，直接順著一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，打造出所需的焊縫。
通過(guò)燒蝕接縫邊緣區(qū)域的鋅而使焊接過(guò)程變得平穩(wěn)，幾乎完全避免了飛濺物和小波紋的產(chǎn)生，從而得到了光滑而潔凈的接縫。
通過(guò)釬焊光學(xué)裝置中的三光斑模塊獲得的三束分布的激光具有多重有益的特性（圖2）。為實(shí)現(xiàn)上文所描述的平穩(wěn)的釬焊過(guò)程，必須保證三處光斑得到精確布局；而另一方面，準(zhǔn)確調(diào)整好三處光斑的激光功率分布也十分重要。此外，還應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用（車(chē)頂或是后擋板）或接縫幾何形狀為三處光斑設(shè)置不同的功率分布方案。專(zhuān)利的三光斑模塊具有對(duì)主光斑與前光斑、及兩處前光斑之間的功率分布進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)整的優(yōu)勢(shì)。
此外，憑借這一模塊，兩處前光斑之間的空間可以隨即調(diào)整。在觸覺(jué)式釬焊光學(xué)裝置中，三光斑模塊直接位于集成旋轉(zhuǎn)軸之后，這也有特別用意。據(jù)介紹，由Scansonic擁有專(zhuān)利的觸覺(jué)式釬焊光學(xué)裝置已被投入應(yīng)用了一段時(shí)間，可顯著降低潛在的焊縫缺陷。
機(jī)器人在路徑和組件的精度上存在局限，而夾持技術(shù)也并不總能保證完全相同的焊縫位置。光學(xué)裝置將焊絲用作焊縫跟蹤傳感器，而前部伸縮臂扭轉(zhuǎn)以配合焊縫跟蹤。轉(zhuǎn)動(dòng)軸后，光束重新按45°鏡像定向，并跟隨焊絲指向。因?yàn)槟K集成于轉(zhuǎn)動(dòng)軸后，生成的三處光斑總是正確朝向焊絲。因此，可以對(duì)帶機(jī)器人和光學(xué)裝置的釬焊過(guò)程進(jìn)行編程。如果采用三芯光纖來(lái)生成三光斑，轉(zhuǎn)動(dòng)軸必須被排除在外。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，由于45°鏡像，前光斑將轉(zhuǎn)向主光斑軸，這將會(huì)引起工藝流程的波動(dòng)。然而有了三光斑模塊，就不再需要特種光纖或激光器了。
世界各地幾乎所有的大型汽車(chē)制造商都選擇Laserline二極管激光器用于釬焊。光束參數(shù)為60 mm-mrad的二極管激光器屬于標(biāo)準(zhǔn)型激光器，公司已開(kāi)發(fā)出用于這些激光器的三光斑模塊，因而可以使用多達(dá)六通道的標(biāo)準(zhǔn)激光器。此外，標(biāo)準(zhǔn)光纖可以通過(guò)即插即用方式插入，有利于在老式系統(tǒng)上配備三光斑模塊。在大多數(shù)情況下，使用中的標(biāo)準(zhǔn)激光器只需變動(dòng)光學(xué)元件即可。
由于所具備的各種優(yōu)勢(shì)功能，2016年初開(kāi)始引入的三光斑模塊已經(jīng)進(jìn)入了汽車(chē)生產(chǎn)鏈?，F(xiàn)在，這種模塊被集成到幾個(gè)系列產(chǎn)品中。三光斑概念為熱鍍鋅鋼板釬焊提供了一個(gè)采用常規(guī)生產(chǎn)工藝和技術(shù)實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的理想的解決方案。
除了釬焊之外，鋁合金焊接是二極管激光器第二個(gè)最常見(jiàn)的應(yīng)用。在過(guò)去五年里，數(shù)十個(gè)功率為4-6kW的二極管激光器系統(tǒng)已完成現(xiàn)場(chǎng)安裝。
圖3顯示了后擋板的焊接外觀實(shí)例。部件幾何形狀、夾持技術(shù)和工藝過(guò)程類(lèi)似于外表面的激光釬焊。然而，鋁合金焊接要求聚焦直徑更小，通常為0.6至0.9mm，以實(shí)現(xiàn)穿透焊。激光焊接也經(jīng)常用于結(jié)構(gòu)部件。焊接后，焊縫無(wú)需二次修整即可直接噴漆。
先前描述的典型鋁合金焊接工藝的特點(diǎn)是采用圓形光斑，直徑0.6 至0.9mm。激光通過(guò)φ為600μm 的光纖傳導(dǎo)，并通過(guò)放大倍率為0.9的觸覺(jué)光學(xué)裝置聚焦到工件，以實(shí)現(xiàn)穿透焊。圖4顯示了一個(gè)搭接角焊縫的橫截面，采用1.6mm 鋁硅合金（AlSi）填充焊絲，通常應(yīng)用于裝配件的結(jié)構(gòu)部位或不可見(jiàn)部位。
如果想要避免焊穿、根部凹陷，或是想要達(dá)到甲級(jí)焊縫表面，可以采用定制型的三光斑模塊。它可以?xún)?yōu)化熱流分布，從而改善焊縫的表面和截面。其工作原理同先前的釬焊部分。
圖5顯示了5xxx鋁合金測(cè)試取樣片的直邊填角焊結(jié)果， 采用了由Laserline公司的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室定制的三光斑幾何形狀。對(duì)應(yīng)于給定的機(jī)器人和焊絲速度的工藝窗口，功率3.8至4.6kW，速度4 m/min。當(dāng)主光斑實(shí)施焊接時(shí)，附加圓形光斑在其前、后運(yùn)行使焊縫順滑。因此，這些定制的光斑幾何形狀可將熱傳導(dǎo)焊與穿透焊的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。光斑的中心部分熔開(kāi)焊接部位，而其外圍的激光強(qiáng)度確保可媲美熱傳導(dǎo)焊的順滑焊縫。
圖6顯示的是在轎廂頂部外殼上采用類(lèi)似工藝的結(jié)果。定制的激光強(qiáng)度形狀和熱分布可實(shí)現(xiàn)非常光滑、牢固的焊縫。
由于對(duì)鋁合金激光焊接基礎(chǔ)的了解已較為深入，因而進(jìn)一步的改善很有可能發(fā)生在焊接過(guò)程的細(xì)節(jié)上，例如，光斑幾何形狀通過(guò)改變可被優(yōu)化到最佳狀態(tài)。憑借其穩(wěn)健、易于操作和高度模塊化的特點(diǎn)，二極管激光器致力為現(xiàn)代汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造出更高的附加價(jià)值。
