激光钎焊系统在焊装工艺生产线上的应用

材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车制造等领域。

激光焊接是利用激光光束作为热源将被焊接的金属部件表面熔化后经冷却结晶的焊接方式，有激光熔焊、激光钎焊等，激光熔焊与激光钎焊的区别在于：激光熔焊不需要填充焊丝，直接通过激光光束熔化母材，而激光钎焊需要填充焊丝来实现焊接，激光焊接在实际工程应用中，其优点主要表现在以下几个方面：

（1）激光焊接的激光光斑较小，对于焊接板料的热影响较小，焊接过程中对被焊接的板材产生的影响小。

（2）激光焊接的热源较集中，焊接速度快，冷却时间短，提高焊接效率。

（3）激光光束可以实现调整变换、方便各角度的焊接。

（4）可以实现质量更好、外观更佳的焊接外观。

（5）可实现对特殊材料的焊接，如合金材料、铝材料、钛材料等。

当然，激光焊接也存在一定的局限性，对于焊接的工装夹具定位精度要求高、激光焊接相关设备投入成本高等因素在我国工业中的应用还相当有限，我公司已经在A5、艾瑞泽5车型部分车身板件采用了激光焊接技术，其成功应用已经显现出它的特点和优势。

1 主要焊接工艺过程

通过激光发生器将激光光束聚焦在焊接板材填充的焊丝上，通过激光光束的热源将填充焊丝熔化形成金属熔体，熔体流入下面板件之间的缝隙中，在合适的激光加热条件下，熔体与板件间可以形成良好的冶金结合钎焊层，实现良好的连接，而板件本身则不会被激光的高温严重熔蚀损伤。如图1所示：

2 激光钎焊系统的组成

我公司采用的激光钎焊系统由主控PLC、激光监控系统、激光焊接机器人、激光发生器、工装夹具、循环水冷却器及送丝机构等组成（见图2），主控PLC控制激光机器人与工装夹具的通讯连接，以及保证整个激光钎焊系统安全，激光机器人控制激光发生器、循环水冷却器、送丝机构相关操作，保证各机构能够按照系统要求进行送丝、焊接及冷却。

2.1 主控PLC

采用SIEMENS-S7-300，具有模块化、便于操作者掌握，对于不同的控制任务可以灵活、自由扩展。

2.2 激光焊接机器人

采用FANUC-M710i工业机器人，使用微处理器和新一代交流伺服电机，控制器内部设置相关的函数编程，可以通过机器人内部设置的函数计算得出焊接时的送丝速度以及调整激光光束功率，具有多个通讯接口。

2.3 工装夹具

采用日本FUJI公司开发工装夹具，工装夹具定位通过PLC进行控制，能提供足够空间进行焊接操作和外观质量观察，方便焊件装配及拆卸，工装夹具的定位、夹紧装置采用通用化、标准化部件，方便后续的更换及维修。

2.4 激光发生器

采用德国TRUMPF公司激光发生器，由YAG晶体工作物质、灯泵浦源和谐振腔组成，输出功率高，即能够满足焊丝的熔化需要，又能对焊接板件预热，从而实现焊丝与母材较好的熔合，形成美观的焊缝。（见图3）。

2.5 循环水冷却器

采用日本ORION的循环水冷却器，对激光发生器进行有效冷却，使激光发射器温度有效控制在180℃左右。

2.6 送丝机构

该机构CON5接口、CON7接口和CON2接口与激光机器人建立通讯信号，根据相关通讯信号选择送丝。

3 工程应用

厂家推荐的相关理论参数并不完全能够适用于现场实际操作，需要根据实际需要进行调整及反复验证，使激光光束焦点及光斑直径匹配到合适的范围。

这里以我公司A5车型的行李箱盖总成激光钎焊工艺为例介绍激光焊接的优势和价值。A5系列车型的车身焊接板件采用的是冷轧低碳钢板（厚0.8～1mm），钎焊焊丝采用φ1.2 mm的硅青铜合金焊丝（CuSi3）。

根据现场生产实际需求，为了达到最佳的送丝速度及焊接外观质量，激光光束焦点及光斑直径等参数经反复调试验证，目前我公司激光的焦点设定于板件上方12mm处，焊丝紧贴板件送入，光斑直径约为3mm，焊丝直径为1.2mm，即保证了工作效率又满足了焊缝外观质量要求。

4 激光常见焊接缺陷及原因

4.1 焊缝偏离/偏斜

焊接板件间间隙超差、送丝速度过慢，送丝不畅或者速度设置过低、控制器的电缆线束压迫或者牵扯、激光光束与焊丝位置不对中等因素影响。

4.2 焊缝表面高低不平

导丝嘴磨损造成出丝抖动、激光功率不足、激光焊面有凹凸不平等因素影响。

4.3 气孔

焊件表面清洁不良、激光头上的压缩空气、夹具上压缩空气漏气等因素影响。

4.4 塌陷

激光功率过大、送丝速度过低、机器人速度不均匀等因素影响。

4.5 起收弧焊瘤、烧穿

起收弧点的位置出现偏差、激光延时、送丝延时是否合理匹配等因素影响。

4.6 焊接中断

激光源错误和激光程序号丢失、焊丝堵塞、送丝速度传感器故障等因素影响。

5 结束语

激光钎焊属于激光焊接工艺一种，对于提高车身焊接质量、自动化、柔性化生产，大幅提高工作效率方面发挥重要作用，得到越来越多汽车生产企业的青睐。

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