供稿：通快（中國(guó)）有限公司激光技術(shù)部 

汽車業(yè)巨頭GKN Driveline在14年前開始使用激光焊接傳動(dòng)系統(tǒng)組件?，F(xiàn)在，這一久經(jīng)考驗(yàn)的系統(tǒng)又升級(jí)為碟片式激光器，并且正在三個(gè)大洲內(nèi)得到推廣。

在黑森林地區(qū)的生產(chǎn)車間，墨西哥 GKN Driveline 工廠的焊接技術(shù)專家 Antonio Torresplant和他的同事Neil Plant 和 Martín Sánchez正在專注地觀看設(shè)備如何處理他們攜帶的傳動(dòng)組件。一個(gè)夾鉗夾起法蘭上的一個(gè)郁金香形蓋板。外形類似于一個(gè)倒置的大禮帽，蓋板略微大于一個(gè)拳頭。法蘭和外殼已經(jīng)通過(guò)壓緊連接起來(lái)，并實(shí)現(xiàn)過(guò)盈配合。它們被放在轉(zhuǎn)臺(tái)的零件夾具上，并從內(nèi)側(cè)固定。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到下一個(gè)工位，在該工位頂部裝有感應(yīng)器。數(shù)秒內(nèi)，法蘭的頂部將被加熱至熾熱狀態(tài)，金屬會(huì)冒煙并變紅，同時(shí)高溫計(jì)的紅外光束會(huì)測(cè)量零件的溫度。轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)至焊接單元。在這一工位，零件同樣由高溫計(jì)監(jiān)測(cè)溫度，在冷卻之前，碟片式激光器發(fā)射出來(lái)的激光束已經(jīng)在零件上形成了六道整齊的焊縫。在最后一個(gè)工位，夾鉗將組件從夾具上移開，并放在激光打標(biāo)工位內(nèi)打標(biāo)。郁金香形蓋板降低至傳送帶。整個(gè)過(guò)程僅持續(xù)數(shù)秒。

Torres 連接了他的電腦，對(duì)每個(gè)參數(shù)進(jìn)行追蹤。“我從同事那里了解到很多關(guān)于這種系統(tǒng)的信息，其展示的周期時(shí)間和精確度仍然給我留下了深刻的印象。”幾天前，他從墨西哥中部的塞拉亞出發(fā)，來(lái)到了德國(guó)南部。他此行到 KMS Automation一家制造技術(shù)公司去考察設(shè)備，目的是他不久將采購(gòu)該種設(shè)備，用以提升自己工廠的產(chǎn)量。

碟片式激光器深熔焊

GKN Driveline 是最大的汽車傳動(dòng)系統(tǒng)供應(yīng)商之一，提供各種傳動(dòng)系統(tǒng)解決方案。在這里，精確定時(shí)的量產(chǎn)流程同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量。GKN 在墨西哥的工廠目前正在擴(kuò)產(chǎn)階段，Torres 將進(jìn)一步豐富供應(yīng)的產(chǎn)品類型。”這也意味著我們將采用新型的生產(chǎn)技術(shù)。從現(xiàn)在起，固體激光器將在我們的生產(chǎn)操作中發(fā)揮持續(xù)性的重要作用。”

 Neil Plant 到黑森林地區(qū)的行程比 Torres 要短得多。他在英國(guó)伯明翰的 GKN 總廠擔(dān)任生產(chǎn)開發(fā)焊接方面的經(jīng)理。正如 Plant 指出的，“激光焊接在 GKN 并不是一項(xiàng)新技術(shù)。二氧化碳激光焊接系統(tǒng)穩(wěn)固、快速，而且無(wú)需修飾工作，因此我們?cè)?14 年前便引進(jìn)該技術(shù)作為我們產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)焊接技術(shù)。剛開始時(shí)，激光焊接工藝都被認(rèn)為成本太高，但卻可以顯著降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本。”
        大多數(shù)生產(chǎn)傳動(dòng)系統(tǒng)組件的公司都轉(zhuǎn)而采用二氧化碳激光焊接工藝。到目前為止，只有該種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)承受持續(xù)高壓所需的焊縫深度。近年來(lái)，通快公司工程師大幅提升了碟片式激光器的光束質(zhì)量，使固體激光器也同樣可以達(dá)到這一要求。Torres 的新設(shè)備便是其成果的最佳例證。

 Neil Plant 說(shuō)，“新型激光焊接系統(tǒng)已經(jīng)成為我們生產(chǎn)中的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，并且正在逐漸在我們其它國(guó)家的工廠中推廣應(yīng)用。”其中之一就是生產(chǎn)工程師 Huo Chenghui 所在的上海工廠。“我們的客戶希望我們能夠盡快應(yīng)用這一技術(shù)。碟片式激光器的工作效率之高給我們留下了深刻的印象，未來(lái)，我們計(jì)劃在我們所有的小型組件中使用這種技術(shù)。”Huo Chenghui 很快就要訂購(gòu) Torres 工廠所使用的同款碟片式激光焊接系統(tǒng)。“我們?cè)诘聡?guó)茨維考的同事已經(jīng)應(yīng)用了這種技術(shù)，成效十分顯著。我們也希望采用這種技術(shù)。” 

感應(yīng)器——完美的搭配

事實(shí)上，GKN 最先是在茨維考使用激光焊接技術(shù)的。負(fù)責(zé)茨維考工廠的中央處理和運(yùn)營(yíng)規(guī)劃的 Zoran Bubic 回憶道：“十四年前，我們和通快公司合作，運(yùn)用二氧化碳激光器焊接技術(shù)。當(dāng)時(shí)所面臨的問(wèn)題是尋找一種預(yù)熱工件的有效方法。”

他們采用的解決方案是感應(yīng)加熱。Bubic 說(shuō)：“這種方法非常適合焊接，因?yàn)樗梢蕴峁┛焖倬植考訜幔铱梢院?jiǎn)單地整合到工藝中，自那時(shí)起，便取得了可靠、令人滿意的生產(chǎn)成效。”“然后，幾年前，為應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的客戶要求，我們想要再增加一套焊接系統(tǒng)。這種系統(tǒng)需要大幅降低生產(chǎn)成本，同時(shí)達(dá)到同等的質(zhì)量水平。”和通快公司一起，德國(guó) GKN Driveline 公司的工程師共同決定在焊接工藝中使用 TruDisk 5302 纖維導(dǎo)向碟片式激光器。位于迪琴根的激光應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室和 GKN Driveline 共同確立了焊接參數(shù)，包括加熱溫度、激光輸出、焦點(diǎn)位置、焊接速度等等。Bublic 解釋說(shuō)，“我們的客戶都是世界頂級(jí)的汽車制造商，他們非常清楚期望的組件是什么樣的。例如，就焊縫的規(guī)格要求就有很多頁(yè)，包括焊縫氣孔的大小和數(shù)量、接縫誤差、焊縫凹陷和凸起等。在通快實(shí)驗(yàn)室的幫助下， 我們使用碟片式激光器解決方案滿足了產(chǎn)品的所有規(guī)格要求。”系統(tǒng)由位于施蘭貝格黑森林村的 KMS Automation 集成。公司開發(fā)的一種概念就是可以在較短的周期內(nèi)將各種要素

集成到一個(gè)生產(chǎn)設(shè)備中。通快 Huttinger 負(fù)責(zé)提供生成器、工序能耗和預(yù)熱感應(yīng)器，而通快則供應(yīng)激光光源、光纜、光學(xué)器件和 TruLaser 焊接單元。

再見，氦氣

“我們使用這種固體激光焊接系統(tǒng)已經(jīng)兩年了，它再次幫我們大幅降低了生產(chǎn)成本，”Bubic 說(shuō)。對(duì)于其另外一個(gè)小小的進(jìn)步是：“除較小的占地面積之外— —我們的二氧化碳系統(tǒng)僅需100 平方米，它的升級(jí)版僅占 35 平方米——它的能耗也更低。新系統(tǒng)的有效率接近 30%，比之前的系統(tǒng)要高很多。”固體激光器的另一優(yōu)勢(shì)是，它的波長(zhǎng)可以使材料更加高效地吸收。因此，它所要求的激光能量便更少。

     “但最大的優(yōu)勢(shì)是保護(hù)氣體，”Bubic 解釋說(shuō)。“氦氣的價(jià)格目前很高。為抑制金屬蒸汽等離子體，二氧化碳系統(tǒng)每分鐘需向工件上吹出 16 升的氣量。由于固體激光器不會(huì)生成等離子體，因此我們根本不需要保護(hù)氣體。”在黑森林，Torres 戴上白色手套，拿起了剛剛焊接好的，熱量還未消退的郁金香形蓋板。“每一個(gè)新系統(tǒng)都提升了我們的實(shí)力。這一系統(tǒng)可以使我們使用一臺(tái)設(shè)備焊接不同型號(hào)的組件，而且還可以減少再加工次數(shù)。”他看著組件，接著說(shuō)道：“未來(lái)，連接方面的進(jìn)步將主要來(lái)自于激光焊接。”

左圖：進(jìn)入焊接單元前，郁金香形蓋板的上端會(huì)由一個(gè)感應(yīng)器加熱，并在短短數(shù)秒內(nèi)變得熾熱

右圖：固體焊接激光器不會(huì)產(chǎn)生等離子體，因此GKN Driveline不需要使用保護(hù)氣體