隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，電阻點(diǎn)焊和激光遠(yuǎn)程焊接的應(yīng)用已頗具規(guī)模。這兩種工藝各有優(yōu)劣。對(duì)于激光遠(yuǎn)程焊接而言，其優(yōu)點(diǎn)是循環(huán)時(shí)間短，焊接效率高，同時(shí)具有激光焊縫的優(yōu)勢(shì)；相較于激光焊接而言，電阻點(diǎn)焊的主要特點(diǎn)在于自帶夾具，無(wú)需額外成本。
現(xiàn)在，我們有了一種新型激光焊接機(jī)，這種高效快速的焊接機(jī)集兩者的優(yōu)點(diǎn)于一身，安全、穩(wěn)固、且自帶夾持組件，這就是來自IPG光子有限公司的激光步進(jìn)線焊機(jī)（LSS1、LSS2及LSS3）。
LSS系列激光步進(jìn)線焊機(jī)為一類激光設(shè)備，可在無(wú)額外激光安全防護(hù)機(jī)制的生產(chǎn)線上直接應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的激光焊接設(shè)備總是需要配備安全房，因此導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的激光焊接設(shè)備而言，這種優(yōu)勢(shì)不言而喻。
如今，這種新型焊接系統(tǒng)已應(yīng)用于白車身及鈑金件的生產(chǎn)，并顯示出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：
加工速度更快（循環(huán)時(shí)間更短）
長(zhǎng)縫焊，因此部件強(qiáng)度更大、扭轉(zhuǎn)剛度更高
投入與電阻焊接系統(tǒng)相當(dāng)
能夠以較低的成本滿足更高的操作安全需求
激光步進(jìn)線焊機(jī)的設(shè)計(jì)、部件及應(yīng)用
LSS模塊可將光纖生成的激光束引導(dǎo)至指定位置。出于安全考慮，激光束將由一個(gè)小角度漏斗形外殼進(jìn)行引導(dǎo)。外殼必須接觸所需焊接的零部件（如圖1所示），以屏蔽激光。
該模塊可在外殼確定的范圍（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度=40毫米）內(nèi)進(jìn)行有或無(wú)振蕩（+/-1毫米）功能的激光焊接。最簡(jiǎn)便的應(yīng)用是將模塊安裝在工業(yè)機(jī)器人的第6軸上（負(fù)載30公斤）。機(jī)器人將模塊移動(dòng)至所需的焊接位置，然后通過機(jī)器人將它放置在部件上。在部件下方的焊縫范圍內(nèi)設(shè)有一個(gè)固定工具，用作支撐點(diǎn)（如圖1所示）。
在典型步進(jìn)作業(yè)（30毫米焊縫、30毫米間隔、30毫米焊縫）時(shí)，LSS模塊能夠以30毫米/秒的速度，每1.3至1.5秒進(jìn)行一次激光焊接（如圖2所示）。
激光點(diǎn)焊模塊可以配備伺服驅(qū)動(dòng)模塊，這與配備了氣動(dòng)平衡（如圖1所示）的電阻焊槍相似。LSS/C-槍可通過工業(yè)機(jī)器人（負(fù)載80公斤）移動(dòng)至焊接位置，并以可編程控制力進(jìn)行閉合。C型槍的下部工具可提供夾緊力。另外，由于其恰好能夠反射激光輻射，因此又可構(gòu)成一層附加防護(hù)。
由于LSS激光點(diǎn)焊系統(tǒng)的夾緊力由編程控制（0.5至3kN），因此可確保精確度（間隙<0.2毫米），這也是激光焊接的必要條件。
系統(tǒng)的補(bǔ)償模塊可補(bǔ)償各部件的位置和幾何結(jié)構(gòu)造成的誤差。系統(tǒng)中所使用的全部連接力（0.5至3kN）均來自于激光焊接工具，無(wú)需機(jī)器人輔助。在典型步進(jìn)作業(yè)時(shí)，每1.7至2秒就可進(jìn)行一次縫焊。
激光點(diǎn)焊的典型應(yīng)用就是白車身生產(chǎn)線中鈑金件的組裝（如圖3所示）。直到現(xiàn)在，白車身中仍有大量電阻焊接產(chǎn)生的焊點(diǎn)。新型焊接系統(tǒng)可用一條長(zhǎng)約30毫米的焊縫可取代兩個(gè)焊點(diǎn)（典型距離為30毫米）。
通常30個(gè)電阻點(diǎn)焊的循環(huán)時(shí)間約為75秒，如果在相同的生產(chǎn)環(huán)境下，用激光線焊機(jī)取代電阻點(diǎn)焊機(jī)，則僅需要15條焊縫，循環(huán)時(shí)間縮減為37秒。此外，相較于電阻點(diǎn)焊機(jī)而言，該系統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是占地面積小，所需投資也更少。
光纖激光線焊機(jī)在規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用
早在2010年首款LSS產(chǎn)品問世時(shí)，IPG就已在全自動(dòng)化車身生產(chǎn)線上成功完成了長(zhǎng)期（超過18個(gè)月）測(cè)評(píng)。
2012年，某新車型的規(guī)?；a(chǎn)線落成。全球范圍內(nèi)各生產(chǎn)線上均采用了LSS激光焊接系統(tǒng)，用于鈑金件在指定位置的焊接。
從2012年8月投產(chǎn)至2013年10月，逾20臺(tái)激光步進(jìn)線焊機(jī)通過自動(dòng)化生產(chǎn)線參與生產(chǎn)了550.000臺(tái)白車身。該系統(tǒng)在每班生產(chǎn)1000臺(tái)車的生產(chǎn)線上每天連續(xù)三班生產(chǎn)。圖4及圖5表示車身及車門等不同焊接區(qū)域。
當(dāng)LSS開始應(yīng)用于汽車行業(yè)后，IPG與眾多不同的汽車廠商展開了密切的合作，對(duì)模塊進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，以確保其性能穩(wěn)定，備受信賴。
鑒于整個(gè)系統(tǒng)（光纖激光器與LSS模塊）的高重復(fù)性，唯有長(zhǎng)期穩(wěn)定的性能，才能達(dá)到高質(zhì)量的作業(yè)效果，從而降低車身的返修率。
在與INPRO（INPRO是一家位于柏林的致力于提供汽車行業(yè)頂級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)的創(chuàng)新公司，合作伙伴包括戴姆勒、大眾、西門子、蒂森克虜伯及SABIC）的合作中，技術(shù)人員對(duì)激光點(diǎn)焊焊工藝與電阻點(diǎn)焊工藝進(jìn)行了對(duì)比。在充分考慮部件自身特點(diǎn)及碰撞性能的基礎(chǔ)上，物理和工藝優(yōu)勢(shì)往往意味著更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
技術(shù)數(shù)據(jù)表明，由新型焊接系統(tǒng)提供的振蕩激光焊縫的性能可達(dá)到甚至超過電阻點(diǎn)焊工藝的焊接性能，且所需生產(chǎn)時(shí)間縮短一半。經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比結(jié)果顯示，假設(shè)800個(gè)單元，全自動(dòng)生產(chǎn)線，三班滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，則總成本可降低6%至10%。
除汽車行業(yè)外，該焊接系統(tǒng)還可用于鋁材（如造船行業(yè)或鐵路行業(yè)）及鋼材的焊接。
作者簡(jiǎn)介
Klaus Krastel博士：IPG光子有限公司汽車產(chǎn)品線總監(jiān) 郵箱地址：sales.europe@ipgphotonics.com
HolgerMamerowIPG光子有限公司汽車應(yīng)用部門總監(jiān)
該激光焊接系統(tǒng)的特點(diǎn)：
基礎(chǔ)單元設(shè)計(jì)緊湊，機(jī)器人僅需要具備30公斤負(fù)載能力。
支持線性焊接，最大長(zhǎng)度可達(dá)40毫米。
可根據(jù)需要啟動(dòng)振蕩功能（0至30赫茲），展開焊縫（2毫米）。
可集成緊湊型光纖激光器，功率為500瓦至3000瓦，總效能超過35%。未來這一數(shù)字仍有可能進(jìn)一步提高。
光纖激光系統(tǒng)及LSS模塊無(wú)需維護(hù)。
激光安全等級(jí)為一級(jí)，在使用中無(wú)需配備安全房，機(jī)器人點(diǎn)焊及弧焊的防護(hù)設(shè)備就已經(jīng)足夠了。
自帶夾持功能，能夠以特定的力輔助鈑金件的連接，從而降低在傳統(tǒng)激光焊接中對(duì)夾具的要求。
用戶可利用硬件互鎖或是總線系統(tǒng)控制焊接作業(yè)，通過預(yù)設(shè)值，對(duì)所需的焊接長(zhǎng)度（10毫米至40毫米）、焊接速度及激光強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)置。
現(xiàn)在，我們有了一種新型激光焊接機(jī)，這種高效快速的焊接機(jī)集兩者的優(yōu)點(diǎn)于一身，安全、穩(wěn)固、且自帶夾持組件，這就是來自IPG光子有限公司的激光步進(jìn)線焊機(jī)（LSS1、LSS2及LSS3）。
LSS系列激光步進(jìn)線焊機(jī)為一類激光設(shè)備，可在無(wú)額外激光安全防護(hù)機(jī)制的生產(chǎn)線上直接應(yīng)用。由于傳統(tǒng)的激光焊接設(shè)備總是需要配備安全房，因此導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高，所以相對(duì)于傳統(tǒng)的激光焊接設(shè)備而言，這種優(yōu)勢(shì)不言而喻。
如今，這種新型焊接系統(tǒng)已應(yīng)用于白車身及鈑金件的生產(chǎn)，并顯示出無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)：
加工速度更快（循環(huán)時(shí)間更短）
長(zhǎng)縫焊，因此部件強(qiáng)度更大、扭轉(zhuǎn)剛度更高
投入與電阻焊接系統(tǒng)相當(dāng)
能夠以較低的成本滿足更高的操作安全需求
激光步進(jìn)線焊機(jī)的設(shè)計(jì)、部件及應(yīng)用
LSS模塊可將光纖生成的激光束引導(dǎo)至指定位置。出于安全考慮，激光束將由一個(gè)小角度漏斗形外殼進(jìn)行引導(dǎo)。外殼必須接觸所需焊接的零部件（如圖1所示），以屏蔽激光。
圖1：帶有夾持部件的激光步進(jìn)線焊機(jī)（左側(cè)）及帶有C-槍的激光步進(jìn)線焊機(jī)（右側(cè)）
該模塊可在外殼確定的范圍（標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度=40毫米）內(nèi)進(jìn)行有或無(wú)振蕩（+/-1毫米）功能的激光焊接。最簡(jiǎn)便的應(yīng)用是將模塊安裝在工業(yè)機(jī)器人的第6軸上（負(fù)載30公斤）。機(jī)器人將模塊移動(dòng)至所需的焊接位置，然后通過機(jī)器人將它放置在部件上。在部件下方的焊縫范圍內(nèi)設(shè)有一個(gè)固定工具，用作支撐點(diǎn)（如圖1所示）。
在典型步進(jìn)作業(yè)（30毫米焊縫、30毫米間隔、30毫米焊縫）時(shí)，LSS模塊能夠以30毫米/秒的速度，每1.3至1.5秒進(jìn)行一次激光焊接（如圖2所示）。
激光點(diǎn)焊模塊可以配備伺服驅(qū)動(dòng)模塊，這與配備了氣動(dòng)平衡（如圖1所示）的電阻焊槍相似。LSS/C-槍可通過工業(yè)機(jī)器人（負(fù)載80公斤）移動(dòng)至焊接位置，并以可編程控制力進(jìn)行閉合。C型槍的下部工具可提供夾緊力。另外，由于其恰好能夠反射激光輻射，因此又可構(gòu)成一層附加防護(hù)。
圖2：電阻點(diǎn)焊機(jī)VSLSS激光點(diǎn)焊
由于LSS激光點(diǎn)焊系統(tǒng)的夾緊力由編程控制（0.5至3kN），因此可確保精確度（間隙<0.2毫米），這也是激光焊接的必要條件。
系統(tǒng)的補(bǔ)償模塊可補(bǔ)償各部件的位置和幾何結(jié)構(gòu)造成的誤差。系統(tǒng)中所使用的全部連接力（0.5至3kN）均來自于激光焊接工具，無(wú)需機(jī)器人輔助。在典型步進(jìn)作業(yè)時(shí)，每1.7至2秒就可進(jìn)行一次縫焊。
激光點(diǎn)焊的典型應(yīng)用就是白車身生產(chǎn)線中鈑金件的組裝（如圖3所示）。直到現(xiàn)在，白車身中仍有大量電阻焊接產(chǎn)生的焊點(diǎn)。新型焊接系統(tǒng)可用一條長(zhǎng)約30毫米的焊縫可取代兩個(gè)焊點(diǎn)（典型距離為30毫米）。
圖3：當(dāng)電阻點(diǎn)焊機(jī)需要兩個(gè)機(jī)器人單元時(shí)，配有光纖激光器的LSS只需要一個(gè)機(jī)器人單元，就可以完成相同的工作。
通常30個(gè)電阻點(diǎn)焊的循環(huán)時(shí)間約為75秒，如果在相同的生產(chǎn)環(huán)境下，用激光線焊機(jī)取代電阻點(diǎn)焊機(jī)，則僅需要15條焊縫，循環(huán)時(shí)間縮減為37秒。此外，相較于電阻點(diǎn)焊機(jī)而言，該系統(tǒng)還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是占地面積小，所需投資也更少。
光纖激光線焊機(jī)在規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用
早在2010年首款LSS產(chǎn)品問世時(shí)，IPG就已在全自動(dòng)化車身生產(chǎn)線上成功完成了長(zhǎng)期（超過18個(gè)月）測(cè)評(píng)。
2012年，某新車型的規(guī)?；a(chǎn)線落成。全球范圍內(nèi)各生產(chǎn)線上均采用了LSS激光焊接系統(tǒng)，用于鈑金件在指定位置的焊接。
圖4：光纖激光線焊機(jī)在車門三角車窗的生產(chǎn)中進(jìn)行測(cè)試。
從2012年8月投產(chǎn)至2013年10月，逾20臺(tái)激光步進(jìn)線焊機(jī)通過自動(dòng)化生產(chǎn)線參與生產(chǎn)了550.000臺(tái)白車身。該系統(tǒng)在每班生產(chǎn)1000臺(tái)車的生產(chǎn)線上每天連續(xù)三班生產(chǎn)。圖4及圖5表示車身及車門等不同焊接區(qū)域。
當(dāng)LSS開始應(yīng)用于汽車行業(yè)后，IPG與眾多不同的汽車廠商展開了密切的合作，對(duì)模塊進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，以確保其性能穩(wěn)定，備受信賴。
鑒于整個(gè)系統(tǒng)（光纖激光器與LSS模塊）的高重復(fù)性，唯有長(zhǎng)期穩(wěn)定的性能，才能達(dá)到高質(zhì)量的作業(yè)效果，從而降低車身的返修率。
在與INPRO（INPRO是一家位于柏林的致力于提供汽車行業(yè)頂級(jí)生產(chǎn)系統(tǒng)的創(chuàng)新公司，合作伙伴包括戴姆勒、大眾、西門子、蒂森克虜伯及SABIC）的合作中，技術(shù)人員對(duì)激光點(diǎn)焊焊工藝與電阻點(diǎn)焊工藝進(jìn)行了對(duì)比。在充分考慮部件自身特點(diǎn)及碰撞性能的基礎(chǔ)上，物理和工藝優(yōu)勢(shì)往往意味著更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
圖5：激光點(diǎn)焊機(jī)在車頂框架生產(chǎn)中進(jìn)行測(cè)試。
技術(shù)數(shù)據(jù)表明，由新型焊接系統(tǒng)提供的振蕩激光焊縫的性能可達(dá)到甚至超過電阻點(diǎn)焊工藝的焊接性能，且所需生產(chǎn)時(shí)間縮短一半。經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比結(jié)果顯示，假設(shè)800個(gè)單元，全自動(dòng)生產(chǎn)線，三班滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，則總成本可降低6%至10%。
除汽車行業(yè)外，該焊接系統(tǒng)還可用于鋁材（如造船行業(yè)或鐵路行業(yè)）及鋼材的焊接。
作者簡(jiǎn)介
Klaus Krastel博士：IPG光子有限公司汽車產(chǎn)品線總監(jiān) 郵箱地址：sales.europe@ipgphotonics.com
HolgerMamerowIPG光子有限公司汽車應(yīng)用部門總監(jiān)
該激光焊接系統(tǒng)的特點(diǎn)：
基礎(chǔ)單元設(shè)計(jì)緊湊，機(jī)器人僅需要具備30公斤負(fù)載能力。
支持線性焊接，最大長(zhǎng)度可達(dá)40毫米。
可根據(jù)需要啟動(dòng)振蕩功能（0至30赫茲），展開焊縫（2毫米）。
可集成緊湊型光纖激光器，功率為500瓦至3000瓦，總效能超過35%。未來這一數(shù)字仍有可能進(jìn)一步提高。
光纖激光系統(tǒng)及LSS模塊無(wú)需維護(hù)。
激光安全等級(jí)為一級(jí)，在使用中無(wú)需配備安全房，機(jī)器人點(diǎn)焊及弧焊的防護(hù)設(shè)備就已經(jīng)足夠了。
自帶夾持功能，能夠以特定的力輔助鈑金件的連接，從而降低在傳統(tǒng)激光焊接中對(duì)夾具的要求。
用戶可利用硬件互鎖或是總線系統(tǒng)控制焊接作業(yè)，通過預(yù)設(shè)值，對(duì)所需的焊接長(zhǎng)度（10毫米至40毫米）、焊接速度及激光強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)置。
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