作者：Dr. Axel Luft, Laserline GmbH 

如今，激光釬焊是汽車車身批量生產(chǎn)中用于連接鍍鋅鋼板的可靠手段之一。專門針對(duì)這一應(yīng)用，目前已開發(fā)的釬焊光學(xué)元件是通過機(jī)器人沿著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)。激光束通過光纖傳送到光學(xué)元件上，然后銅硅合金線便在釬焊的過程中熔化。激光釬焊技術(shù)成功的關(guān)鍵在于除了類似于焊接的穩(wěn)定性以外，一個(gè)重要的因素就是美觀的接口：激光產(chǎn)生的釬縫非常的光滑、表面干凈以及接頭到連接部分。這不僅在外觀上很有吸引力，并且?guī)缀醪恍枰笃诩庸?，而且可?shí)現(xiàn)清潔之后即刻噴涂。激光的釬焊使得接頭耳目一新，而且不像傳統(tǒng)的接合技術(shù)，激光釬焊的接頭可以省掉覆蓋件，且不需要儲(chǔ)存空間和裝配。

Laserline 不同三光斑釬焊應(yīng)用

然而，至少局部上，激光釬焊技術(shù)最近并沒能達(dá)到其被賦予的期望。汽車制造商們已經(jīng)越來越多地開始把熱浸鍍鋅鋼板用在車身上。熱浸鍍鋅比傳統(tǒng)的電鍍鋅更加耐腐蝕，因此方法的轉(zhuǎn)變也提供了技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)。由于鋼板新的表面特征，激光釬焊沒有達(dá)到平常的結(jié)果。越來越多的污漬濺到靠近接頭的部分，特別是那些微小的濺出物基本無法識(shí)別，但是在表面噴涂后卻有清晰可見。
 

連接本身的質(zhì)量下降了；他變得更粗糙 同時(shí)顯現(xiàn)出很多所謂的“微波”，而且“微波”的范圍超出了焊縫，這些程序上的難題迫使汽車制造商們轉(zhuǎn)向他們的經(jīng)銷商尋求解決方案。那時(shí)候，我們?cè)缫呀?jīng)進(jìn)行矩形光斑的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。要在釬焊光學(xué)件中產(chǎn)生一個(gè)矩形光斑，需要把一個(gè)“質(zhì)均化模塊”放進(jìn)一個(gè)Scansonic ALO3釬焊光學(xué)元件中，Laserline使用這種質(zhì)均器來產(chǎn)生矩形光斑來進(jìn)行功率最大可至10kW的激光硬化已經(jīng)有數(shù)年了。

Laserline 集成了三光斑模塊的光學(xué)元件

進(jìn)行更高品質(zhì)的釬焊熱浸鍍鋅的想法完全占據(jù)了大眾汽車技術(shù)規(guī)劃和研發(fā)部門的Thorge Hammer的頭腦。我們本應(yīng)該建立一個(gè)有凹槽的矩形光斑，其中放入一根導(dǎo)線。而然，這種結(jié)構(gòu)并沒能達(dá)到我們想要的結(jié)果，但我們也因此積累了經(jīng)驗(yàn)，所以我們?cè)谝荒陜?nèi)的數(shù)次研發(fā)中成功地開發(fā)出了現(xiàn)在的三光斑模塊，或者可以叫做“最優(yōu)矩形光斑”。

在這個(gè)方案下，在主光斑處有兩個(gè)較小的前端光斑，可以消融焊縫邊緣的鍍鋅。。緊隨一個(gè)分離工藝后，主光斑熔化工件部分，直接建立了所需的焊接。通過消融連接頭邊緣的鋅，加工過程很平穩(wěn)，幾乎可以完全避免濺出物和波紋的出現(xiàn)。如此一來，就可以得到干凈光滑的接頭了。
 

通過釬焊光學(xué)中的三光斑模塊把一條光束分布成三條光束是有很多好處的。為了使釬焊過程平穩(wěn)，一方面光斑之間的位置必須要精確地設(shè)置，另一方面激光功率必須恰到好處地分配到三個(gè)光斑中。但是，根據(jù)不同的應(yīng)用（比如說汽車頂部或后擋板、不同的接頭結(jié)構(gòu)），三個(gè)光斑的功率分配也肯定不一樣。

Laserline三光斑概念

Laserline公司取得專利的三光斑模塊技術(shù)，一方面能夠在主光斑和前光斑之間能夠平行調(diào)節(jié)功率分配，另一方面功率分配也能在前光斑之前調(diào)整。此外，在這個(gè)模塊下光斑之間的空間也可以隨后調(diào)整，位于一體旋轉(zhuǎn)軸之后，觸覺釬焊光學(xué)中的模塊的位置具有特殊的意義。
 

自問世以來，歸屬于Scansonic公司專利的觸覺釬焊光學(xué)已經(jīng)被投入使用有相當(dāng)一段時(shí)間了，它使得焊縫誤差極大地減少了。機(jī)器人有著有限的路徑精度和元件，而且夾具工藝并不總是讓連接口帶到相同的位置上。導(dǎo)線在光學(xué)元件中用作一個(gè)焊縫跟蹤傳感器，然后正面的伸縮臂則以旋轉(zhuǎn)的方式來追蹤焊縫。在旋轉(zhuǎn)軸之后，激光束以45°反光鏡重新定向并跟隨導(dǎo)線。

Laserline三光斑釬焊加工

由于模塊集成在旋轉(zhuǎn)軸后面，生成的三光斑總是能正確地朝向?qū)Ь€。因此，由機(jī)器人和光學(xué)組成的釬焊加工可以像往常一樣編程來控制。如果用一個(gè)市場(chǎng)上能買到的三核光纖來產(chǎn)生三光斑，就得放棄使用旋轉(zhuǎn)軸。當(dāng)使用旋轉(zhuǎn)軸時(shí)，因?yàn)?span>45°反射鏡的緣故，前光斑會(huì)導(dǎo)致主光斑的軸反向轉(zhuǎn)動(dòng)，這將會(huì)引起工藝不穩(wěn)定。有了三光斑模塊，你也就不需要特別的光纖或是激光器了。

Laserline的二極管激光器被全世界幾乎所有的汽車制造巨頭用于釬焊，標(biāo)準(zhǔn)的激光器是一個(gè)具有60mm微弧度光束參數(shù)的二極管激光器。我們正是為了這些激光器而開發(fā)了三光斑模塊，這意味著擁有6個(gè)輸出口的標(biāo)準(zhǔn)激光器可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用了。

Laserline三光斑釬焊結(jié)果

此外，標(biāo)準(zhǔn)光纖還是可以即插即用的。如果當(dāng)一臺(tái)更老的激光系統(tǒng)要裝備三光斑模塊時(shí)，這種概念還是很有優(yōu)勢(shì)的。多數(shù)情況下，一臺(tái)60mm微弧度的標(biāo)準(zhǔn)激光器已經(jīng)裝備應(yīng)用，只需要一個(gè)Scansonic的光學(xué)作為“補(bǔ)丁”就可以了。如果還可以進(jìn)一步通過模塊提升系統(tǒng)，已經(jīng)安裝了的模塊可以輕易換成更新的模塊。由于擁有諸多的優(yōu)勢(shì)特征，三光斑模塊很快被運(yùn)用到汽車制造當(dāng)中。在2016年初還沒有被使用，而到2016年10月，該模塊已經(jīng)被整合進(jìn)了5種汽車的量產(chǎn)中。而就在此時(shí)，用于更多的系統(tǒng)的模塊的訂單已經(jīng)確認(rèn)。三光斑的概念為了釬焊熱浸鍍鋅鋼板提供了一個(gè)解決方案 一 簡(jiǎn)單實(shí)用，此方案只用常規(guī)的生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量把控。 

作者聯(lián)系：axel.luft@laserline.de