機(jī)器人激光焊接汽車白車身鍍鋅板的實(shí)驗(yàn)研究

馮文德

(廣州德恒汽車裝備科技有限公司，廣東 廣州 510800)

一、激光焊接概論

激光的含義是強(qiáng)光照射媒體，在媒體中，核能的電子獲得能源。激發(fā)下電子的軌道在低能狀態(tài)下移動(dòng)到高能狀態(tài)時(shí)，通過外部復(fù)制的流動(dòng)，在原子復(fù)制過程中得到原子的有力。這是一種能量的狀態(tài)。同時(shí)發(fā)光。這種光束是像入射光一樣的傳播方向，從而形成激光。因此，高地向?qū)?、高能量密度的激光就這樣形成了。在激光媒體兩側(cè)反射鏡中，觀光反射鏡中得到了光線，要在封閉的光振蕩器中進(jìn)行才能提高光線的強(qiáng)度，從而提高光線的方向性。

激光焊接是以激光輸出和聚焦高能激光為熱源，對(duì)金屬進(jìn)行銅焊或熔化焊接。激光焊接包括脈沖功率激光焊接和連續(xù)功率激光焊接。激光焊接過程中，激光與工件沒有直接接觸，具有很高的柔性。接頭對(duì)接或搭接。激光焊接技術(shù)可用于汽車零件的特殊材料焊接，由于其變形小、強(qiáng)度高，傳統(tǒng)焊接方法無法焊接，激光焊接的質(zhì)量非常高。由于激光焊縫較平，焊接痕跡小，幾乎不需要修補(bǔ)。許多汽車公司正在使用這種焊接技術(shù)。采用激光焊接的方法焊接上汽通用汽車側(cè)壁與頂蓋的連接部位。激光焊接用于焊接外板與后蓋下板的接合位置。隨著汽車工業(yè)的不斷發(fā)展，激光焊接將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

二、機(jī)器人激光焊接系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)概述

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的領(lǐng)域開始使用機(jī)器人技術(shù)，這顯示出了技術(shù)的先進(jìn)發(fā)展。同時(shí)，機(jī)器人技術(shù)具有人工無法比擬的優(yōu)勢，可以有效地提高企業(yè)的技術(shù)水平和生產(chǎn)效率等等。機(jī)器人廣泛應(yīng)用于行業(yè)，主要用于焊接、裝運(yùn)、裝運(yùn)、加工、噴霧等復(fù)雜的工作。世界上已經(jīng)投入的機(jī)器人接近100萬臺(tái)，各種焊接工作的焊接機(jī)器人占機(jī)器人的45%以上。

目前，車體制造中主要焊接技術(shù)主要是激光焊接、電焊、mag、mig等，車體和車體的焊接技術(shù)。車體結(jié)構(gòu)的焊接是側(cè)面和頂焊接。通過激光焊接焊接，減少某種差距的節(jié)能效果效果。有通過激光焊接提高車體的裝配程度，車體可以達(dá)到較高的強(qiáng)度，同時(shí)也可以保障車體的安全性，除此之外，激光焊接技術(shù)還能一定程度上降低車體制造的成本。減少車體的零部件，再整頓車體。激光焊接技術(shù)是次體焊接技術(shù)的次體。在制造過程中，應(yīng)用主要是從20世紀(jì)80年代開始在車體焊接中出現(xiàn)。激光技術(shù)利用編輯器對(duì)準(zhǔn)激光焦點(diǎn)，制造出巨大的能量。工作品在光束下，瞬間融入焊接成功。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

機(jī)器人光纖激光焊接系統(tǒng)的主要組成部件包括機(jī)器人、光纖激光器、激光焊接頭。光纖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊的水冷設(shè)計(jì)、高品質(zhì)的光束質(zhì)量、使用壽命長、低維護(hù)甚至零維護(hù)以及高電光轉(zhuǎn)換效率等特點(diǎn)，而且還配備一定長度的加工光纖，能夠很好地滿足機(jī)器人在三維立體空間工作的要求，同時(shí)具有簡單明了的控制接口，能夠很方便地通過機(jī)器人進(jìn)行控制。通過機(jī)器人的示教編程得到了運(yùn)動(dòng)軌跡，再加上適當(dāng)?shù)募す饪刂疲梢詫?shí)現(xiàn)高精度、高柔性、高集成的激光焊接。

在整個(gè)系統(tǒng)中，機(jī)器人是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它決定了激光的開啟/關(guān)閉時(shí)間、設(shè)定功率等參數(shù)，并控制了供氣裝置的運(yùn)行狀態(tài)。對(duì)于單件焊接自動(dòng)化來說，關(guān)鍵是解決機(jī)器人與其他設(shè)備之間的信息互連和協(xié)調(diào)問題。機(jī)器人和激光都提供了大量的數(shù)字口，這為兩者的互連提供了可能性。

三、實(shí)驗(yàn)分析

（一）實(shí)驗(yàn)過程

本焊接系統(tǒng)所用機(jī)器人為ABB IRB4400系列，主要實(shí)驗(yàn)過程如下：

為了系統(tǒng)地研究鍍鋅板激光焊接的主要工藝參數(shù)，本文研究了不同功率、不同焊接速度、不同離焦量、不同保護(hù)氣流量、不同板間間隙等方式進(jìn)行的各組試驗(yàn)，通過試驗(yàn)得出了各工藝參數(shù)對(duì)實(shí)際焊接質(zhì)量的影響，并最終得出一組較合理的參數(shù)。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1.切割樣件：用檄光切割機(jī)切割的焊件足以滿足裝配精度。

2.樣件表面清理：為減少焊接缺陷，用砂布蘸上丙酮擦拭焊接區(qū)域，清洗焊接部

位，去除油脂。

3.裝夾樣件：為了滿足激光焊接對(duì)被焊件裝配間隙的要求，為了保證焊接質(zhì)量，

要精確裝配和固定好試件。采用自制的焊接夾具固定工件，保證工件的焊縫均勻平整，此外在鍍鋅板層之伽嵌入塞尺以保證一定的間隙。

4.激光對(duì)焦和激光束對(duì)中：通過操作機(jī)器人及編稗，確保焊接過程中激光束的對(duì)中和激光對(duì)焦點(diǎn)。

5.給定焊接工藝參數(shù)(激光功率、焊接速度、離焦量、板聞間隙等)。采用氬氣作為同軸保護(hù)氣和等離子體控制氣。

6.在監(jiān)控下完成激光焊接過程。保留樣件并做好標(biāo)記，待分析。

實(shí)驗(yàn)參數(shù)表格如下：

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經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析表明，當(dāng)激光功率2000w，離焦量為-0.4mm，焊接速度為40mm／s，氬氣壓力為2bar，流量為0.7m3／h，板間隙為0.1mm時(shí)，能得到比較理想的焊縫質(zhì)量。

強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)表明，鍍鋅板的激光接縫比基材強(qiáng)。母帶的金相結(jié)構(gòu)為鐵素體+珠光體；熱影響區(qū)的金相結(jié)構(gòu)為上貝氏體+低碳馬氏體+鐵素體；焊縫的金相結(jié)構(gòu)為上貝氏體+低碳馬氏體。焊接區(qū)和熱影響區(qū)的硬度大約是基材的兩倍。

四、結(jié)論

汽車車體制造過程中，激光焊接技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，有效促進(jìn)了汽車企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效率。激光焊接技術(shù)在汽車車體制造過程中具有廣闊的應(yīng)用前景。機(jī)器人激光焊接技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了車體的生產(chǎn)。運(yùn)用機(jī)器人激光焊接，不但可以節(jié)約成本，同時(shí)減輕汽車的總質(zhì)量，而且可以增強(qiáng)汽車材料的強(qiáng)度。所以，激光焊接技術(shù)會(huì)逐漸成為未來各大汽車制造商家的有效手段，在這樣的背景下，研究機(jī)器人激光焊接技術(shù)是目前不可逆的趨勢。不容忽視的是，機(jī)器人激光焊接必定會(huì)成為未來汽車制造的重要技術(shù)，希望本文的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以為研究機(jī)器人激光焊接提供一些有效數(shù)據(jù)。