探析汽車工業(yè)機器人激光焊接技術應用

機器人控制系統是機器人的大腦，是決定機器人功能和性能的主要因素。工業(yè)機器人控制技術的主要任務就是控制工業(yè)機器人在工作空間中的運動位置、姿態(tài)、軌跡、操作順序及動作的時間等，具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機交互界面、在線操作提示和使用方便等特點。目前機器人的應用工程由單臺機器人工作站向機器人生產線發(fā)展，機器人控制器的聯網技術使得對機器人生產線的監(jiān)控、診斷和管理更加便捷。

機器人焊接目前已廣泛應用在汽車制造業(yè)，汽車底盤、座椅骨架、導軌、消聲器以及液力變矩器等焊接。豐田公司將點焊作為標準來裝備其日本國內和海外的所有點焊機器人。用這種技術可以提高焊接質量，甚至試圖用它來代替某些弧焊作業(yè)，同時，在短距離內的運動時間也大為縮短。該公司推出一種高度低的點焊機器人，用它來焊接車體下部零件。這種矮小的點焊機器人還可以與較高的機器人組裝在一起，共同對車體上部進行加工，從而縮短了整個焊接生產線長度。轎車后橋、副車架、搖臂、懸架、減振器等底盤零件大都是以惰性氣體保護焊(metal-inert gas welding，mig)為主的受力安全零件，主要構件采用沖壓焊接，板厚平均為1.5～4mm，焊接主要以搭接、角接接頭形式為主，焊接質量要求相當高，其質量的好壞直接影響到轎車的安全性能。應用機器人焊接后，大大提高了焊接件的外觀和內在質量，并保證了質量的穩(wěn)定性和降低勞動強度，改善了勞動環(huán)境。

激光焊接設備的關鍵是大功率激光器，主要有兩大類，一類是固體激光器，又稱nd：yag激光器。nd：yag激光器波長為1.06mm，主要優(yōu)點是產生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省去復雜的光束傳送系統，適用于柔性制造系統或遠程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業(yè)常用輸出功率為3～4kw的nd：yag激光器。另一類是氣體激光器，又稱co2激光器，分子氣體作工作介質，產生平均為10.6mm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標準激光功率在2～5kw之間。汽車工業(yè)中激光技術主要用于車身拼焊、焊接和零件焊接。

德國的rofin-sina公司和trumpf公司主要生產co2激光器，haas公司則主要生產固體(nd：yag)激光器，而ipg公司生產新型的光纖激光器，laserline公司生產半導體激光器，形成相互競爭又互相補充的激光技術研發(fā)與生產鏈。大眾汽車、寶馬汽車、奔馳汽車和美雅(meyer)船廠是德國應用激光焊接技術的示范企業(yè)。德國的大眾汽車已經將激光焊接技術引入中國，并在上海大眾和一汽－大眾的轎車批量生產線上應用，推動了中國激光焊接技術的應用。

使用輸出功率大于4kw的二極管激發(fā)的固體激光器，對于鋁合金的焊接具有決定性的意義。這些系統的光束質量特別好，能夠瞬間注入直徑為0.4mm的光纖中。激光束的聚焦能力極大地依靠于光纖的截面積。這表明這種新一代的固體激光器的潛力是“點”直徑更小，功率密度更高，使人們能夠進行以連續(xù)波的模式進行焊接。例如，用于對小型樣品和小零件的各種連接，如對接、t形焊接和搭接進行了研究，零件的材料是almgsi0.7(厚度：3mm)和almg3(厚度：1.6mm)鋁合金。高質量的焊道外形只有在純粹的連續(xù)波狀態(tài)才有可能。當使用千瓦級的二極管激發(fā)的nd：yag激光器焊接鋁時，在很寬的參數范圍內都能獲得很高的可靠性。