激光扫描焊接工艺在新奥迪A4车门上的应用

作者:宗颖 发布时间:2010-07-13
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机器人控制激光扫描焊接技术作为一种新工艺,对于保证焊接质量,提高利润率具有重要作用。然而,其最大的挑战是要具有合适的激光光束质量的激光源。TRUMPF公司开发的圆盘激光器不仅能够满足其高要求的光束质量,而且还可以用于切割、传统的焊接以及激光扫描焊接等多种激光应用中。

传统的固体激光器焊接工艺是汽车车身制造中一种成熟的工艺过程,这种工艺的发展促使了机器人控制激光扫描焊接工艺的诞生。在这种新工艺中,机械臂的弯曲移动与激光扫描仪的动态位置移动紧密相关,奥迪在其后续产品的车门上就率先引入了这种高效的制造技术。
在机器人控制激光扫描焊接技术的发展过程中,最大的挑战是寻找合适的激光光束质量的激光源。传统激光焊接应用中,具有光束质量为25 mm mrad的灯泵棒系统,其可用性为1 000次,随着估值大于99%时,这些光束源会设置一个新的实用性标准。然而,对于激光扫描焊接来说,则需要更高的光束质量,因为扫描光学系统的加工场大小与可能的工作范围和光束质量息息相关。仅通过改变激光棒的形状来提升光束质量已经是不可能的,只有新颖的激光概念才能满足改善光束质量的要求。TRUMPF公司为工业应用开发了圆盘激光器,并已经在世界范围得到广泛应用(如图1),它因具有8mm mrad的光束质量而成为高功率激光器,其最大能量范围为8kW。圆盘激光器可用于所有的激光应用中,包括从切割、传统的焊接到激光扫描焊接等。


图1   TRUMPF公司8kW功率输出圆盘激光器TruDisk 8002集成了压缩机冷却器与最大六路光纤输出

  
此外,TRUMPF公司还为大功率激光器的工业应用研发了专用扫描焊接头。目前,只有该公司开发的机器人引导解决方案通过了德国汽车行业严格的认证测试,并已应用于其系列生产中(如图2)。最近,DaimlerChrysler汽车公司开始将此工艺应用于新的车体制造过程中。


图2  TRUMPF PFO 33(可编程调焦光学系统)

 
大众汽车和奥迪的研发工程师研究出了激光扫描焊接工艺的优势,并且奥迪成功解决了工装夹具与零部件准备等方面的各种挑战,今天它们生产的部件质量更加卓越。奥迪的专家们同时研发了激光辅助预处理技术,以保证镀锌层处理部件也具有较高的焊接质量,他们采用的激光源是TRUMPF公司制造的Nd:YAG脉冲激光器。
在帕萨特小批试产之后,激光扫描焊接工艺及其系统组件在2005年被应用于大众汽车公司的系列产品中。系统组件的高实用性得以验证,并提高了利润率。现在,奥迪已经在其系列产品中始终执行这一工艺。从2007年初,后续的奥迪A4车门就已经采用激光扫描焊接工艺和TRUMPF公司制造的4kW圆盘激光器。采用该技术后,4个制造单元每天可生产1800扇车门。每个激光扫描系统均为TRUMPF公司生产的TruDisk 4002,它们采用了最新的圆盘激光器,该设备的4kW输出仅由2个圆盘产生。奥迪依靠激光网络的优势允许激光必要时彼此互相连接,能够轻松地实现备用与激光最大限度的被利用。


 

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