激光焊接設(shè)備在鈑金加工中的應(yīng)用

文/沈金鵬·蘇州市鐳極激光技術(shù)有限公司

近年來，激光焊接在市場上走勢火爆，得益于鈑金焊接工藝的升級突破。現(xiàn)如今，焊接人工、打磨人工成本偏高，而且這些崗位人員非常急缺，再加上國內(nèi)激光焊接在大環(huán)境下設(shè)備集成商的上游如光源、槍頭系統(tǒng)等大幅度的降價，導致設(shè)備的價格會更加親民，更多的鈑金企業(yè)也能花很小的投入帶來設(shè)備的升級換代，這些都是導致激光焊接在市場火爆的重要原因。

激光焊接設(shè)備的特點及優(yōu)勢

手持式激光焊接設(shè)備和自動化激光焊接設(shè)備在鈑金中的應(yīng)用比較普遍，大部分鈑金企業(yè)加工材料大多為薄板或中厚板，材料多以冷板、鍍鋅板、不銹鋼板、鋁板為主，而手持式激光焊接設(shè)備是鈑金企業(yè)更快上手的一種激光焊接設(shè)備，如圖1 所示，屬于入門級產(chǎn)品，對操作人員技能水平要求不高，只需普通焊接工人即可，不需要有經(jīng)驗的老師傅即可完成操作。與傳統(tǒng)的氬弧焊、氣保焊相比，焊接速度快，變形可控、成形漂亮；如果沒有特殊要求，基本可以做到焊后不打磨或者輕微打磨處理即可。

圖1 手持式激光焊接設(shè)備

過去業(yè)內(nèi)人士普遍認為只有高大上的加工需求才可以用得上激光焊接，現(xiàn)在，隨著技術(shù)的發(fā)展，激光焊接正在拓展到新的市場領(lǐng)域，包括金屬柵欄、衛(wèi)浴件、機箱、機柜、櫥柜、護欄等產(chǎn)品的焊接，這類焊接往往不規(guī)則，多品種小批量，不需要夾具就可以進行焊接，而手持式激光焊接正是這樣細分市場的一把利器。

激光焊接首推的一款設(shè)備就是手持式激光焊設(shè)備。第一代手持式激光焊設(shè)備不帶填絲裝置，焊接時對鈑金產(chǎn)品的工藝設(shè)計、下料精度以及折彎精度要求非常高，通過鈑金工廠多次測試后推出帶填絲裝置，這樣對大多數(shù)鈑金產(chǎn)品的焊接適應(yīng)性更好，縫隙可以通過填絲補償，另外填絲焊接后通過打磨可以解決焊縫不平整問題。焊接時是否填絲需要根據(jù)客戶的需求去選擇，填絲功能在設(shè)備上可以自由切換，操作非常方便。

激光焊接應(yīng)用分析

箱體零件優(yōu)化前后展開圖如圖2 所示。優(yōu)化后，減少材料成本，提高材料利用率，節(jié)省材料300mm×300mm×4；減少了左右折彎2 刀，增加了左右2 段600mm 的焊縫焊接，也就是1min 的焊接成本。以板厚1.5mm 的SUS304、A5052、SGCC 三種材料為例，優(yōu)化后可節(jié)約的費用見表1，此費用未考慮焊后打磨的費用。

表1 箱體展開優(yōu)化后節(jié)約費用表

圖2 箱體展開圖

通過比較，節(jié)省的費用還是很可觀的，批量生產(chǎn)整板的利用率也是很明顯的。就節(jié)省的費用對于手持式激光焊接設(shè)備的成本來說，基本上可以忽略不計。

激光焊接設(shè)備使用存在的問題

通常手持式激光焊接設(shè)備要想用好，提高設(shè)備稼動率，與公司的生產(chǎn)設(shè)備管理、操作人員的設(shè)備使用習慣、職業(yè)素養(yǎng)是密不可分的。通過市場調(diào)研，目前手持式激光焊接設(shè)備的穩(wěn)定性還是可以接受的，光源、槍頭、冷水機三大部件也很成熟，大部分的問題在于操作使用方面。由于設(shè)備使用沒有固定人員，使用管理比較混亂，設(shè)備維護保養(yǎng)不及時以及操作人員的技能培訓不到位等原因，就會造成設(shè)備故障率提高，特別是設(shè)備的槍頭光學部件、槍頭最前面的保護鏡片損壞后如果不及時更換就會導致后面的聚集、反射、準直鏡片等損壞，甚至會損壞光源的晶體。這些損壞后再次產(chǎn)生的成本也是鈑金企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備管理必須重要關(guān)注的一點，同時對于操作人員的職業(yè)素養(yǎng)和技能培訓也是很多鈑金企業(yè)急需改善和提高的地方。

激光焊接設(shè)備的選擇

手持式激光焊接設(shè)備主要應(yīng)用于多品種小批量薄板鈑金件的焊接，用戶可根據(jù)產(chǎn)品材料厚度、產(chǎn)品焊接要求去選擇設(shè)備功率。對于大批量生產(chǎn)的鈑金件的焊接，就需要根據(jù)客戶的訂單量、材料厚度、產(chǎn)品的焊接結(jié)構(gòu)、焊縫長度、焊接熔深要求、焊接前的拼接一致性等參數(shù)去選擇適合的自動化激光焊接設(shè)備。自動化激光焊接設(shè)備對于產(chǎn)品的拼接一致性要求比較高，要從工藝設(shè)計、下料以及折彎精度等方面去綜合考慮。

自動化激光焊接優(yōu)勢在于焊接后的一致性很好，焊后成形一致、漂亮，由于激光焊接速度快，焊接變形量可控，加上工裝治具后焊接效果會更佳。有些產(chǎn)品部分適合自動化焊接、部分需要手工焊接，這就需要機器人去解決大部分自動化焊接工作量，機器人焊接不到的位置需要手工焊接。目前自動化激光焊接技術(shù)也很成熟，可以通過焊接頭光斑雙擺去適應(yīng)焊縫，也可以選配焊縫跟蹤器做到焊縫補償，還可以增加送絲裝置，增加第七軸地軌、變位機等。激光焊送絲裝置如圖3 所示。

圖3 激光焊送絲裝置

自動化激光焊對于長焊縫的焊接優(yōu)勢突出，但對于特別復雜或者結(jié)構(gòu)緊湊的鈑金件來說還是比較困難，這就需要技術(shù)人員前期評估，是否可以更換新的工藝全部由機器人焊接或者采用“機器人+人工”焊接的方式完成。

相比機器人氬弧焊、機器人CO2保護焊的成本來說，自動化激光焊接設(shè)備成本偏高，其優(yōu)勢在于速度快、成形漂亮、變形可控、后期的打磨工作量減少。在鈑金件焊接過程中這幾類設(shè)備各有優(yōu)勢，不存在相互取代的問題，最終需要根據(jù)用戶的需求去選擇。

激光焊接的安全問題也是我們一直關(guān)注的，在使用激光焊接設(shè)備時，一定要注意安全，激光焊接的安全級別屬于4 級，對皮膚、眼睛都可能造成不可逆的傷害，因此在使用時要特別注意防護，絕不能掉以輕心。

結(jié)束語

過去的三年，疫情反復使鈑金企業(yè)乃至整個制造行業(yè)進入了寒冬，鈑金行業(yè)要去適應(yīng)、要去生存，就必須去練內(nèi)功，要從人工成本、產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫，只有這樣才能在目前的困難時期堅持并能生存下來，通過工廠內(nèi)部的生產(chǎn)精益管理、人員的崗位細分及整體素質(zhì)提升培訓等幾方面讓鈑金企業(yè)走得更穩(wěn)、更遠。