远程振镜式激光焊接技术应用浅析

远程振镜式激光焊接技术应用浅析

罗勇1唱丽丽2

1．东北大学机械工程与自动化学院辽宁 沈阳110000

2．沈阳工业大学材料科学与工程学院辽宁 沈阳110000

摘要：远程激光加工技术是近年来发展极其迅速的激光加工新技术，通过普通激光焊接与远程振镜式激光焊接技术的比较，对远程振镜式激光焊接技术进行深入分析，从而总结出其具有高速度、高灵活性和高柔性等特点，希望对那些有提高生产效率并降低运营成本需求的企业以帮助。

关键词：远程激光焊接；远程振镜式激光焊接头；激光；

激光加工发展至今已近半世纪，随着第一台激光器的成功发明，各种不同种类的激光器不断涌现，激光器及其应用技术是集光、机、电等多门学科技术，是一部典型的学科交叉的创造发明史，目前激光的应用已经遍及到人们生活的各个领域，远远超出了人们原有的想象。现今国际上德国的激光加工的相关技术比较成熟，现已拥有十分成熟的激光加工产品与技术。

随着激光加工技术的发展，人们对激光加工速度、加工灵活性和柔性的要求也越来越高。远程振镜式激光焊接头也应运而生，满足了人们对高的激光加工速度、加工柔性和加工灵活性的要求。远程激光焊接柔性加工自动化成套装备集成了光纤激光器、远程焊接头及机器人，应用于白车身、车门及汽车座椅等冲压钣金的高速激光焊接，代替电阻点焊工艺。这个新的工艺技术和装备的应用，改变了传统钣金的结构设计，有效减轻了汽车内部钣金的重量，其中座椅的T 形焊的钣金件比传统电阻焊的部件减少了1/3；其焊接速度是传统点焊的6到10倍，原来用五套焊接机器人及电阻焊系统进行焊接，现在仅用一套柔性激光焊接装备，焊接效率和焊接质量大幅度提高，同时降低了设备采购成本和运营成本。

例如德国某汽车制造公司将生产线改造升级的过程，在过去的车身焊接是采用的传统的点焊机，在2003 年则升级为利用 LP－Nd ：YAG 激光－机器人焊接系统，这样原来9 台点焊机完成的工作量由3 台激光焊接系统就可以完成，而现在则引进了激光焊接中最先进的机器人远程激光加工系统完成同样的工作量，投入的成本仅为原来的一半[1] 。

现今，最著名的激光远程加工头是Trumpf 公司生产的PFO 激光加工头（图1.1）。2009年6月份，HIGHYAG 公司也推出了自己生产的激光远程加工头是名为RLSK 激光加工头（图1.2）。

图1.1 Trumpf 公司的PFO 激光加工头 图1.2HIGHYAG 公司的RLSK 激光加工头

远程激光加工头的有两种类型，一种是采用双振镜的方式实现；另外一种采用的是可移动式聚焦镜和单反射镜的方式实现。光纤输出的激光经准直，聚焦后直接打到反射镜，通过反射镜的横向旋转来实现加工平面的x 轴方向的运动，y 轴方向的运动则由加工头的纵向旋转来 控制；而采用双振镜方式则是使用两片振镜分别控制 x轴和 y轴方向的运动，激光经过准直镜准直后再通过双振镜的旋转来控制光线的位移，聚焦镜放在两片振镜之后，此处的聚焦镜即为场镜，可起到平场的作用，双振镜的焦点补偿通常是通过准直镜的移动来实现的。这两种方式各有特色，单振镜系统做起来更加便捷，双振镜的系统可不必移动准直镜而达到平面焊接任意图形的目的，但保护镜片面积较大，极容易被污染及破坏。

根据行业调查，采用激光焊接取代点焊来焊接车身则车身板材的设计结构相对更加简洁，同时节省钢材，据统计每辆车在采用激光焊接时结构改造所节省的钢材达到40kg 以上，大大减少了汽车的成本；在焊接速度上激光焊接也占据着巨大的优势，采用传统点焊时焊接的速度较慢，平均约为0.5m/min，而采用激光焊接时焊接的速度可达的5m/min，甚至更快，大大的提高了生产效率。综上，由于激光加工的种种优势及特点而广受汽车制造厂商的青睐。远程激光焊接技术发挥了非接触式单侧激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫描镜片带来的优势相结合，大大缩短了焊接时间，在整个焊接流程中增加了总生产效率。

例如大众Passat B6车型的后车台板由三个部件组成，这些部件可采用电阻点焊或激光焊接。大众采用来自TRUMPF公司的一台TruDisk激光焊机和一套光学振镜扫描装置，来代替点焊所需的4个机械臂和5台电阻焊枪，同样完成35个焊点的焊接，结果是：TRUMPF的激光焊机的焊点连接更为牢固，而且焊接速度提高3倍左右（点焊需要35s，而激光扫描焊只需13s），车身焊接质量更是日趋完美。

结论

随着激光加工技术的不断发展，远程振镜式激光焊接技术以其高速度、高灵活性和高柔性的特点，被广大汽车厂商认可其能够提高生产效率，降低运营成本；综上所述希望对那些有提高生产效率并降低运营成本需求的企业以帮助。

作者简介：罗勇(1983-),男,辽宁省沈阳市人,东北大学机械工程与自动化学院,硕士；

唱丽丽(1985-),女,辽宁省沈阳市人, 沈阳工业大学材料科学与工程学院,硕士。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。