当电阻点焊枪遇到光纤激光线焊机

随着汽车行业的发展，电阻点焊和激光远程焊接的应用已颇具规模。这两种工艺各有优劣。对于激光远程焊接而言，其优点是循环时间短，焊接效率高，同时具有激光焊缝的优势；相较于激光焊接而言，电阻点焊的主要特点在于自带夹具，无需额外成本。

现在，我们有了一种新型激光焊接机，这种高效快速的焊接机集两者的优点于一身，安全、稳固、且自带夹持组件，这就是来自IPG光子有限公司的激光步进线焊机（LSS1、LSS2及LSS3）。

LSS系列激光步进线焊机为一类激光设备，可在无额外激光安全防护机制的生产线上直接应用。由于传统的激光焊接设备总是需要配备安全房，因此导致生产成本提高，所以相对于传统的激光焊接设备而言，这种优势不言而喻。

如今，这种新型焊接系统已应用于白车身及钣金件的生产，并显示出无可比拟的优势：

- 加工速度更快（循环时间更短）

- 长缝焊，因此部件强度更大、扭转刚度更高

- 投入与电阻焊接系统相当

- 能够以较低的成本满足更高的操作安全需求

激光步进线焊机的设计、部件及应用

LSS模块可将光纤生成的激光束引导至指定位置。出于安全考虑，激光束将由一个小角度漏斗形外壳进行引导。外壳必须接触所需焊接的零部件（如图1所示），以屏蔽激光。

图1：带有夹持部件的激光步进线焊机（左侧）及带有C-枪的激光步进线焊机（右侧）

该模块可在外壳确定的范围（标准长度=40毫米）内进行有或无振荡（+/-1毫米）功能的激光焊接。最简便的应用是将模块安装在工业机器人的第6轴上（负载30公斤）。机器人将模块移动至所需的焊接位置，然后通过机器人将它放置在部件上。在部件下方的焊缝范围内设有一个固定工具，用作支撑点（如图1所示）。

在典型步进作业（30毫米焊缝、30毫米间隔、30毫米焊缝）时， LSS模块能够以30毫米/秒的速度，每1.3至1.5秒进行一次激光焊接（如图2所示）。

激光点焊模块可以配备伺服驱动模块，这与配备了气动平衡（如图1所示）的电阻焊枪相似。LSS/C-枪可通过工业机器人（负载80公斤）移动至焊接位置，并以可编程控制力进行闭合。C型枪的下部工具可提供夹紧力。另外，由于其恰好能够反射激光辐射，因此又可构成一层附加防护。

图2：电阻点焊机VSLSS激光点焊

由于LSS激光点焊系统的夹紧力由编程控制（0.5至3kN），因此可确保精确度（间隙<0.2毫米），这也是激光焊接的必要条件。

系统的补偿模块可补偿各部件的位置和几何结构造成的误差。系统中所使用的全部连接力（0.5至3kN）均来自于激光焊接工具，无需机器人辅助。在典型步进作业时，每1.7至2秒就可进行一次缝焊。

激光点焊的典型应用就是白车身生产线中钣金件的组装（如图3所示）。直到现在，白车身中仍有大量电阻焊接产生的焊点。新型焊接系统可用一条长约30毫米的焊缝可取代两个焊点（典型距离为30毫米）。

图3： 当电阻点焊机需要两个机器人单元时，配有光纤激光器的LSS只需要一个机器人单元，就可以完成相同的工作。

通常30个电阻点焊的循环时间约为75秒，如果在相同的生产环境下，用激光线焊机取代电阻点焊机，则仅需要15条焊缝，循环时间缩减为37秒。此外，相较于电阻点焊机而言，该系统还有一个优势就是占地面积小，所需投资也更少。

光纤激光线焊机在规模生产中的应用

早在2010年首款LSS产品问世时，IPG就已在全自动化车身生产线上成功完成了长期（超过18个月）测评。

2012年，某新车型的规模化生产线落成。全球范围内各生产线上均采用了LSS激光焊接系统，用于钣金件在指定位置的焊接。

图4：光纤激光线焊机在车门三角车窗的生产中进行测试

从2012年8月投产至2013年10月，逾20台激光步进线焊机通过自动化生产线参与生产了550.000台白车身。该系统在每班生产1000台车的生产线上每天连续三班生产。图4及图5表示车身及车门等不同焊接区域。

当LSS开始应用于汽车行业后，IPG与众多不同的汽车厂商展开了密切的合作，对模块进行持续改进，以确保其性能稳定，备受信赖。

鉴于整个系统（光纤激光器与LSS模块）的高重复性，唯有长期稳定的性能，才能达到高质量的作业效果，从而降低车身的返修率。

在与INPRO（INPRO是一家位于柏林的致力于提供汽车行业顶级生产系统的创新公司，合作伙伴包括戴姆勒、大众、西门子、蒂森克虏伯及SABIC）的合作中，技术人员对激光点焊焊工艺与电阻点焊工艺进行了对比。在充分考虑部件自身特点及碰撞性能的基础上，物理和工艺优势往往意味着更高的经济价值。

图5：激光点焊机在车顶框架生产中进行测试

技术数据表明，由新型焊接系统提供的振荡激光焊缝的性能可达到甚至超过电阻点焊工艺的焊接性能，且所需生产时间缩短一半。经济效益对比结果显示，假设800个单元，全自动生产线，三班满负荷运转，则总成本可降低6%至10%。

除汽车行业外，该焊接系统还可用于铝材（如造船行业或铁路行业）及钢材的焊接。

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