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激光焊接设备的应用

发布日期:2014-6-3 16:11:25 浏览次数: 1934次

  激光焊接设备在汽车生产方面的应用

  作为在汽车结构件生产中使用激光焊接的倡导者,德国大众汽车公司的成就无疑是令人羡慕的。据Klaus Loeffler博士(德国大众汽车公司焊接工艺总监)在由密歇根大学组织的第十二届年度汽车激光应用研讨会中发言声称,大众早在1993年就已将激光运用到车身制造上,而首次大规模生产应用则是在96年进行的车顶焊接。

  到97年,已有三个车型拥有激光焊接的车顶。随着时间的推移,更多的车型和更多的应用方法加入了这个行列。据Klaus Loeffler博士称,如今,要说哪种车型的总成使用了最多的激光制造技术,那么无疑当属大众的Golf V。该车型竟拥有总长达70米的激光焊接缝,这个不能不令人惊异。没有哪种车型能和其相比。那么这是否意味着点焊已经从Golf车型中消失了呢?不,Loeffler回答说,Golf V车型仍然有大约1,400个点焊(相比之下,Golf IV车型的点焊多达4,608 个,而激光焊接总长只有1.4米)、电弧焊接(7 米)和胶粘剂(30米)。他承认,Golf V车型实际上“或多或少还是以点焊为设计出发点”,这就意味着开发下一车型时,公司将有空间进行进一步的结构改进(Golf V与其前任车型相比,增加了超过80%的静态抗扭刚度,超过15%的动态抗扭刚度,和超过35%的动态挠度)和减重处理(减少的边缘宽度促进金属板大量减少)。大众并不只将激光应用于焊接,还分别应用于钎焊和切割。在大众的沃尔夫斯堡工厂里,举例来说,有150台4千瓦Nd:YAG激光器(据trumpf数据显示),1台1千瓦Nd:YAG激光器(据trumpf数据显示),250个激光焊接头,和3个激光切割头。虽然大众使用激光的优势主要体现在沃尔夫斯堡工厂,Loeffler说道,但是激光设备在整个集团中却都有使用,无论这些工厂是处于低成本地区还是处于高成本地区。因而,您能在从比利时到南非的各个地区中都能看到他们。

  汽车以每小时100个工序的速度生产。无疑,生产的正常运转是极为重要的。 但是,Loeffler认为这个已经不成问题,估计正常运行率已超出99%。“保持高效以获得时间”。应当值得注意的是,设备操作人员既非科学家,也不是光学工程师,他们只是接受过设备操作培训的普通人。在操作人员对于操作流畅度的重要性演讲中,Loeffler说道,“工人必须感觉是他们拥有了这些系统”。虽然也许他说的不尽客观,他形容说激光处理是“我们工厂中最值得信赖的工序,”并说,“这些技术都已被验证。”。

  车身焊接使用激光系统的一大好处是设备具有天生的强大柔性。例如,大众开发了一种拥有14个激光设备的结构平台,不仅可以为Golf焊接(5,340mm)和镀铜(3,400mm),还可以处理VW车型中小到Lupo(“三公升”汽车, 这么说是因为它每行驶100km需耗燃油约三公升)大到Touareg SUV(在Cayenne的保时捷汽车公司,激光焊接也被用于Touareg底盘拼接)。结构平台对地面面积的要求比类似的点状焊接设备要少40%。另外,Loeffler指出, 也可以使用某个平台的激光发生器为同类平台提供装载/固定/卸载工作,因此可充分利用加工设备。

  沿着主生产线配置激光机器人。Loeffler说正如他们将4千瓦YAG激光器进行了标准化,他们同时也规范了配备夹具的激光头的使用(夹具类型包括:轮状夹具,双轮夹具,对开轮夹具,还有单指形与双指形夹具)。同样,它的好处是可使设备很容易加工与现有产品不同的其他产品。另外,换产品时间也得以缩短到最低。

  汽车制造的另一个问题是公差叠加问题。在这点上,Golf和其他车型一样。Loeffler称这个问题已经解决,例如在安装前保险杠安装板时使用了一个元件,可对车身进行光学测量以确定尺寸,接着激光在前端切开足够长的轨道,然后将安装板准确到位地焊接上去。Loeffler将之形容为“最令人赞叹的激光元件”,这个形容并不为过。

  虽然激光技术并不便宜,据Loeffler的推测,四年之后就能收回预期的投资。VW不仅在激光设备的数目上大大增加(目前已添置到450台,这已经远远领先于其他汽车制造厂商),而且Loeffler的目光已经投向了下一代激光设备。他在寻找一种6kw的设备,其效率可达20%,光束质量达到6mm*mrad,可在长达100m的光缆中灵活传送,正常运行时间达99.9%,而修理时间不超过30分钟。

  激光焊接设备在医疗方面的应用

  激光塑料焊接越来越受到医疗制造产业的青睐。这种创新性焊接技术不仅提供了全新的选择,为产品设计和生产带来了更大灵活性,而且与安全清洁的生产制程完全兼容。

  激光塑料焊接是一种清洁、绝对无粉尘的接合技术,因此医疗产业对其尤其感兴趣。传统接合技术,如超声波焊接,或者胶水粘接技术,不能达到产品在清洁方面日益提升的标准要求。超声波焊接的加工方法不能满足在焊接区域无任何粉尘污染的要求。胶水粘接使用的粘合剂也很难保证医疗产品对清洁卫生的要求。

  透射激光焊接取得成功的另一个因素是医疗产品越来越小型化。医用微流控器件和诊断设备所要求的精度只有激光技术才能达到。与那些无法焊接精细微流控器件的传统焊接方法不同,现今常规而价格不贵的激光设备,例如配备了扫描电镜的激光设备,可以轻易达到规定的效果。光纤激光或光纤耦合二极管激光加工的焊缝宽度达到微米级,同时不影响焊缝形状的灵活性和焊接面积的大小。该工艺特别适用于医疗领域,因为利用集成的熔化轨迹监测系统或高温计监控系统提供的信息,每个产品加工过程中的工艺参数都被记录存档。

  激光塑料焊接对于许多医疗应用来说已是不可或缺,包括一次性使用的分析用容器、血液过滤器、旋转焊接的传感器、各种细胞培养器皿等等。

  依靠先进的设备和在医疗技术方面多年积累的经验,LPKF可以提供独立工作站和生产线用全自动生产设备,所有设备均可满足最高标准的洁净室要求。也可以按照客户要求使用特殊材料,例如获认证的符合洁净室要求的钢材料,且可为客户定制设备。

  结论

  激光塑料焊接技术为医疗产业提供了一个相较于传统接合技术更具经济性的选择。尽管该项技术相对较新,但经济性更高,而且具有高可靠性和高清洁性。工程学的发展趋势,包括产品更加小型化的发展趋势,更加显示出激光塑料焊接技术在未来的应用领域里潜力巨大。

  基本原理

  激光塑料焊接原理

  透射激光焊接的原理是将对激光透明的材料与另一种吸收激光的不透明材料焊接在一起。激光束透过对激光透明的部件,聚焦在吸收激光能量的部件表面,并将其熔化。吸收激光能量的部件产生的热量通过热传导使透明部件也被熔化,并在特定压力下使两个部件焊接在一起。具有非介入性,无摩擦震动等特点。这种焊接方式高效、安全、可靠,对医疗产品应用意义尤其重大。

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