汽車工業(yè)機器人激光焊接技術(shù)的應用

機器人控制系統(tǒng)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(shù)的主要任務(wù)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(chǎn)線發(fā)展，機器人控制器的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使得對機器人生產(chǎn)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(nèi)和海外的所有點焊機器人。用這種技術(shù)可以提高焊接質(zhì)量，甚至試圖用它來代替某些弧焊作業(yè)，同時，在短距離內(nèi)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(chǎn)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(gòu)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(zhì)量要求相當高，其質(zhì)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(nèi)在質(zhì)量，并保證了質(zhì)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(shè)備的關(guān)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(chǎn)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(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)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(zhì)，產(chǎn)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(shù)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(chǎn)CO2激光器，HAAS公司則主要生產(chǎn)固體(Nd：YAG)激光器，而IPG公司生產(chǎn)新型的光纖激光器，Laserline公司生產(chǎn)半導體激光器，形成相互競爭又互相補充的激光技術(shù)研發(fā)與生產(chǎn)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(shù)的示范企業(yè)。德國的大眾汽車已經(jīng)將激光焊接技術(shù)引入中國，并在上海大眾和一汽－大眾的轎車批量生產(chǎn)線上應用，推動了中國激光焊接技術(shù)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(tǒng)的光束質(zhì)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(zhì)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(shù)范圍內(nèi)都能獲得很高的可靠性。