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激光拼焊板技术及其应用
发布时间:2013-10-24    来源:网络   阅读次数:756 分享到:

  激光拼焊板技术是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术。激光焊接的高能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点,使得激光拼焊板技术具有以下特点:

  焊缝处的热应变值较低,热影响区小,通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需要的高能量,聚焦点的直径可以达到零点几个毫米,保留良好的材料成形性能;

  焊缝较狭窄且平整,消除成形过程的不利影响,避免了破坏工具、模具的危险;

  焊接生产效率高,能够实现高度自动化。

  激光拼焊板生产设备主要有:传送装置、激光焊接设备、机械手、在线无损检测设备等。一般根据产量的不同,可以采用不同的设备组合。

  激光焊接的主要工艺流程:卷料开平→落料→激光焊接→冲窝(如果需要)→堆垛包装

 激光拼焊及其特点

  激光拼焊是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材或铝材焊接成一块整体板,以满足零部件对材料性能的不同要求。钢板经激光拼焊后,不需进行其它机械加工,即可一次冲压成型,这样制成的拼焊板结构能达到最合理的金属组合。激光拼焊主要有以下特点:

  1)焊缝处的热应变值较低,热影响区小,拼焊板保留良好的材料成形性能;

  2)焊缝较狭窄且平整,消除成形过程的不利影响,避免了破坏工具、模具的危险;

  3)焊接生产效率高,易于实现高度自动化。

  在激光拼焊产品的制造过程中,除了要求保证焊缝的力学性能和几何尺寸等传统焊接工艺和技术指标外,还对激光拼焊板各道工序的形位尺寸和制造精度也明确了更严格的技术指标;同时对激光拼焊生产线的生产效率和批量焊接产品的合格率同样也提出了非常高的要求。

   激光拼焊生产线主要由以高功率激光作为焊接热源,是一个必须采用焊接专用工序及其设备、上下料机器人及其设备、质量检测及其设备和生产人员组成的复杂制造系统,具有自动化程度高、投资大、开发周期长的特点。对于批量生产、多板、非直线焊逢的零部件焊接,其发展方向是由全自动激光拼焊生产线来实现。

  影响激光拼焊产品焊接质量的因素很多,且影响的方式各不相同。各影响因素不仅单独影响产品焊接精度,同时这些影响因素之间相互关联且相互影响。为了保证焊接产品的焊接质量,仅考虑单独工序的焊接过程本身是不够的,即使各相对独立的焊接加工设备的工序能力能满足要求,也无法做到保证整个激光拼焊产品的总体质量要求。

  从目前的激光拼焊的发展来看,激光拼焊产品结构越来越复杂,形状特征更加多变,激光拼焊加工的工艺参数和工艺流程的变化对焊接质量的不同影响,不仅和激光器、拼焊板材本身固有的属性有关,而且和系统实际运行中的随机因素有关,因而增加了系统分析的复杂性。


  激光拼焊板技术优势:

  采用激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益,如车身装配中的大量点焊,把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接,凸缘宽度需要16mm,而激光拼焊板无需搭接,点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材,节省的用量视采用拼焊板的数量而定;用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件,平均是20点/min,焊距是25mm,速度则为0.5m/min,这会耗费相当的时间,采用激光拼焊板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提高。如此例子不胜枚举。

  零件数量的减少,以及随之而来的生产设备和制造工艺简化,大大提高了生产效率,降低整车制造及装配成本;由于产品的不同零件在成形前即通过激光连续焊接工艺焊接在一起,因而提高了产品的精度,大大降低了零部件的制造及装配公差;通过部件的优化减轻了重量,从而降低油耗,处于环保时代,这一点非常重要;由于不再需要加强板,也没有搭接接缝,大大提高了装配件的抗腐蚀性能;通过消除搭接提高部件的耐腐蚀能力,大大减少了密封措施的使用;通过对材料厚度以及质量的严格筛选,在材料强度和抗冲击性方面给零部件带来本质的飞跃,同时改良了结构,在撞击过程中,可以控制更多的能量得到吸收,从而改良车身部件的抗击冲撞能力,提高车身的被动安全性;实现对材料性能的最充分的利用,达到最合理的材料性能组合;材料厚度的可变性以及其可靠的质量,保证了在对某些重要位置的强化改进可以顺利进行;对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。

国内拼焊技术发展

  中国的激光拼焊板技术应用现在刚刚起步。2002年10月25日,中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行,作为全球最大拼焊板制造供应商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司(在亚洲的第一家),武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的8kWCO2直线连续激光焊接生产线(Linearlaserweldinglines),并采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开发,该线最小工件间距为50mm,焊接速度可达10m/min,年生产能力可达20,000吨(一条线)。公司目前已为国内各大汽车生产企业提供配套服务。激光拼焊板不再依赖进口,给中国汽车制造2mm工程带来直接的好处,使完美的车身制造质量成为可能,将大大促进中国汽车零部件制造水平的提高。

  近日,以华工激光法利莱为主体承担的重大科技项目“武钢中试工厂二期工厂激光拼焊机组”顺利通过了武钢研究院组织的验收。武钢研究院副院长曾武、副总工王玉涛,武钢研究院应用所所长李立军、武钢中试工厂厂长王建民、华中科技大学胡伦骥、刘建华等专家、华工激光法利莱总经理李斌等领导、专家组成的验收专家组,对该项目的实施和技术科研成果的取得给予了高度评价。会上,验收专家组成员经过热烈讨论,一致同意此项目成果的验收获得圆满通过。

  该设备是武钢研究院与华工激光法利莱合作开发的激光焊接工艺平台,此工艺平台配备世界最先进的5000W光纤激光器,一方面能够完成全自动汽车拼焊板激光焊接,另一方面能够对厚板进行激光复合焊、激光填丝焊等多种焊接工艺研究。采用激光拼焊后,汽车车身零件数量约减少25%,车身减重20%以上。数据显示,为汽车“减肥”20%,可减少油耗15%左右。据了解,武钢将在全国建20条激光拼焊生产线,达产后可实现年产值百亿元。

  汽车板激光拼焊工位配备一台Motoman的机器人,能够实现全自动的直线焊接与曲线焊接。直线焊缝具有上下跟随碾压功能能够实现精料焊接和毛料的激光切焊工艺,能够保证对外来精确料(即冲压成型和落料系统生产的定尺板料)完成自动料垛拾取,放置预定位置,定位压紧,高质量的焊接和下料等工序。该设备还具有焊缝跟踪与焊后质量检测功能。

激光拼焊生产线规划设计及应用

    激光拼焊产品是随着国际汽车工业的迅速发展、减轻汽车重量、降低油耗,生产更加环保、安全的汽车环境及时代要求而出现的一类新型焊接产品。很多复杂汽车零部件都要求焊接成形,尤其汽车车身的拼焊,更具有优势。但同时焊接产品的尺寸精度要求也非常高。激光拼焊生产线的规划与设计直接影响产品质量、生产效率和整个生产系统的效益。激光拼焊生产线的规划是对激光拼焊产品生产过程中各生产要素,包括人力、资源、装备和信息等进行整体的、全面的、有效的分析和优化,使其能够形成高质量、低成本和高效率的综合技术系统。集成了计算机模拟及仿真技术、最优化技术、管理技术的激光拼焊生产线规划和设计方法将成为焊接制造业向新型工业化转变的关键技术和研究重点。

激光拼焊生产线的工艺设计

   激光拼焊工艺规划是在对激光焊接产品的结构和功能的分析基础上,提供设计过程和可加工性评价的工艺规划。其目标是将原材料转换为给定形状的产品所必须完成的过程;其主要内容是确定具体的加工工艺路线和内容,包括机器人上下料、工装夹具、焊接设备和方法、焊接参数、工件的物流输送方式等,为生产线宏观规划阶段焊接专用设备原型设计和选择、生产能力预计和投资前的生产分析等提供依据。

  激光拼焊产品特有的工艺特征增加了工艺规划的难度,激光拼焊产品的工艺规划是保证产品的焊接质量及焊接工艺是否成功的一个关键步骤。利用热弹塑性有限元方法和残余塑变有限元方法研究激光拼焊产品加工的焊接方法与工艺参数优化,为激光拼焊生产线的工艺规划提供了重要依据。

  激光拼焊一般由多块焊板(分元件)经工装、焊接、检测等工序得到成品(总元件);而每个分元件在进入焊接加工前,也需要进行工装、切割、检测、清洗等工序,得到以总元件加工为总结点以分步加工为分节点的有序树形结构。

 激光拼焊生产线规划时,应考虑产品质量、生产成本、零件加工时间、工作辅助时间等多种要素,根据企业的经营目标、生产纲领和车间的特点,建立合理的车间物料布局,实现物流平衡,减轻搬运作业,减少库存时间,均衡设备能力和负荷,将人员、设备、物料等所需要的空间、时间做最适当的分配和最有效的组合,获得最大的生产经济效益。根据激光拼焊产品的特点和工艺要求,在实际的设计生产过程中,激光拼焊生产线设施的布局规划采取加工岛区与加工单元结合的布局原则。按照部件将生产线分解为若干个加工岛区,以拼焊加工岛区为主干,与各相对独立的加工岛区通过耦合关系构成整条生产线;每个加工岛区内部,不同功能的制造单元(工装、切割、焊接、机械加工、检测等)由具有一定节拍的输送/物流连接。激光拼焊产品生产过程中的输送/物流系统,特别是焊前的缓冲区、焊后的出料物流单元的长度和走向的规划与设计,与前后工序排布乃至整个生产线的整体布局有密切的关系。

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