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解決方案

通快案例分享|大型材料的激光焊接

來源:通快2016-06-01 我要評(píng)論(0 )   

“鈑金”這個(gè)詞讓你想起什么?大多數(shù)人可能會(huì)回答“烤盤”或“擋板”之類。那是因?yàn)樗麄儾涣私夥苁繃?guó)際大功率焊接主管 Herbert Staufer 在通快澳大利亞公司位于Paschi...

 “鈑金”這個(gè)詞讓你想起什么?大多數(shù)人可能會(huì)回答“烤盤”或“擋板”之類。那是因?yàn)樗麄儾涣私夥苁繃?guó)際大功率焊接主管 Herbert Staufer 在通快澳大利亞公司位于Pasching的生產(chǎn)車間從事的工作。那里的鋼板長(zhǎng)達(dá)4米,厚200毫米,放在地上有腳踝那么高。伏能士成為復(fù)合焊機(jī)的領(lǐng)先供應(yīng)商之一,Staufer 對(duì)這種材料了如指掌也就不足為奇了。
       Staufer 通常以客戶的身份前往 Pasching,不過最近又成為了聯(lián)合項(xiàng)目的供應(yīng)商。Thomas Reiter 是Staufer 的項(xiàng)目合作伙伴兼客戶,負(fù)責(zé) Pasching 的鈑金加工,他解釋了邀請(qǐng) Staufer 參與項(xiàng)目的原因:“我們要焊接這些板材并制成折彎?rùn)C(jī)的機(jī)架,這需要非常專業(yè)的焊接技術(shù)。”為展示實(shí)際的工作情況,兩人放下金屬板走向了一面灰色的墻,看上去像是沒有窗戶的生產(chǎn)廠外墻,但顯然是在車間內(nèi)部。TruDisk 8002 碟片激光器就靠在墻上,相比之下顯得頗為小巧。
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圖為通快碟片激光器TruDisk 8000系列

320噸壓力
       在墻的另一面,大型激光安全房中的液壓系統(tǒng)吊起 20 噸的鋼板并傾斜至所需的角度。橫梁-移動(dòng)到設(shè)備上方,伸出裝備著復(fù)合焊接頭的機(jī)械手臂,緩緩劃過第一列焊縫焊點(diǎn),使用激光加熱材料,然后重頭戲就要開始了:激光束和金屬活性氣體(MAG)電弧焊槍共同作用焊接焊縫。這些焊點(diǎn)深度厚達(dá) 8 毫米,最終可承受高達(dá) 320 噸的壓力。如此不斷重復(fù),使折彎?rùn)C(jī)能夠在整個(gè)使用壽命期間正常工作。

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圖為伏能士激光復(fù)合焊槍頭功率10千瓦

兩全其美
       在激光房外,Staufer 和Reiter 通過監(jiān)視器觀察著加工過程。Reiter 說道:“我們?cè)?jīng)將機(jī)架送到外面手工焊接,花費(fèi)了整整一周!此后,我們決心提高效率。”他很快就發(fā)現(xiàn)激光復(fù)合焊是合適的解決方案。“這種焊接工藝要快得多,因?yàn)槲覀冎恍枰坏篮附樱幌耠娀『副仨氁稽c(diǎn)一點(diǎn)完成。而且我們還能用激光預(yù)熱材料,自動(dòng)加工也更容易保證質(zhì)量。”因此他將這種解決方案作為方案 A,為以防萬一,他還準(zhǔn)備了方案 B——可與傳統(tǒng) MAG 焊接機(jī)器人搭配的自動(dòng)解決方案。“但方案 B 需要預(yù)熱裝置和后續(xù)的消除應(yīng)力熱處理。”Reiter 說道,因此沒人想使用方案 B。但是方案 A 存在一個(gè)巨大的問題,正如 Staufer 所說:“我們已經(jīng)交付了一百多個(gè)激光復(fù)合焊頭,但是之前加工過的最厚的板材也只有 10 毫米。”

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改變?nèi)凵畹挠職?/p>

兩年前,Reiter 和Staufer 在伏能士的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)了大量時(shí)間,一系列顯微照片顯示,焊件剖口出現(xiàn)了很多細(xì)小的裂紋和瑕疵,導(dǎo)致焊縫不可用。他們也曾信心滿滿,Staufer回憶道:“8 千瓦的激光功率能夠輕松將材料穿透 12 毫米,但對(duì)于小孔我們完全無法控制。”這種裂紋說明問題在于預(yù)熱。“使用激光預(yù)熱時(shí),我們能夠充分控制參數(shù),但是不管怎么調(diào)整溫度,裂紋都沒有一點(diǎn)變化。”

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似乎方案 B 已成為唯一的選擇,但在一次會(huì)議上,通快提出了從根本上調(diào)整焊接策略的想法,Reiter 笑著回憶道:“也許是因?yàn)槲覀冎徊钜稽c(diǎn)就放棄方案 A 了,所以我們問自己:我們真的需要那么深的焊縫才能實(shí)現(xiàn)完美穩(wěn)定的接口嗎?”所以Staufer 和他在伏能士的激光專家團(tuán)隊(duì)開始逐漸降低焊接深度,達(dá)到 10 毫米時(shí),他們終于松了一口氣,焊縫質(zhì)量開始不斷提高,“在 8 毫米的時(shí)候我們終于獲得了理想的焊接效果。”Staufer 說道。

有了這次階段性勝利,項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開始著手解決接下來的問題。Staufer 說道:“為優(yōu)化焊接加工,激光要以正確的角度接觸材料,但是機(jī)器人不夠靈活,不能接觸到每個(gè)焊點(diǎn)。”所幸 Staufer 非常清楚該怎樣解決這個(gè)問題。

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Raimund Geh 喜歡這種挑戰(zhàn)。他的公司 Femitec GmbH 位于奧格斯堡附近的格斯特霍芬,專業(yè)從事焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)。他闡述了自己解決這個(gè)問題的方法:“如果配有激光復(fù)合焊頭的機(jī)械手臂無法接觸到焊點(diǎn),我們可以代替這部分工作。”他的想法是利用一個(gè)配有卡盤的變位機(jī)。“我們確信這可以讓我們?cè)谄胶肝恢眠M(jìn)行焊接。”Geh 和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)復(fù)雜的仿真系統(tǒng)測(cè)試自己的理論,下一步就是投入實(shí)踐。
       安川歐洲有限公司是一家領(lǐng)先的傳動(dòng)技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人制造商,致力于將公司愿景轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。項(xiàng)目管理負(fù)責(zé)人 OtwinKleinschmidt 將手掌傾斜成關(guān)鍵的 45 度,然后笑著說:“理論很簡(jiǎn)單,就是變位機(jī)加上卡盤裝置,只是比較大而已。”
       團(tuán)隊(duì)碰到的第一個(gè)難題就是要設(shè)計(jì)出能夠承受數(shù)噸重量的液壓系統(tǒng),位置精確到毫米。Kleinschmidt 解釋說:“只有這樣才能使焊接機(jī)器人正好處在焊接路徑上。”另一個(gè)難題就是協(xié)調(diào)機(jī)器人和橫梁的移動(dòng),不過在實(shí)踐 4 個(gè)月后,一切終于都步入了正軌。
        一個(gè)又一個(gè)機(jī)架

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在Pasching, Staufer 和 Reiter 又開始查看各種機(jī)床。他們面前是放在托盤上的工件,起重機(jī)正幫助生產(chǎn)工人把板金放到工作臺(tái)上合適的位置,整個(gè)過程需要兩個(gè)小時(shí)。這聽起來很復(fù)雜,但是相對(duì)正在加工的部件,這其實(shí)已經(jīng)是非??焖俚慕鉀Q方案了。然后,變位機(jī)沿著軌道移動(dòng)到激光安全房。焊接機(jī)器人就位后,工人移動(dòng)到安全房的另一端,將下一個(gè)機(jī)架夾到第二個(gè)工作臺(tái)上。Reiter說:”采用這個(gè)系統(tǒng),我們每周能焊接20多個(gè)機(jī)架。“ Staufer 也很高興:”我們已經(jīng)能夠使用這種焊接工藝處理不同的訂單了。“

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