RLW-A在鋁合金中的焊接應(yīng)用
肖彬
（廣州阿比泰克焊接技術(shù)有限公司激光應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室）
1、 前言
Figure 1 廣州阿比泰克激光應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室
從20世紀(jì)80年代開始，激光焊接技術(shù)開始運(yùn)用于汽車車身制造領(lǐng)域，主要是應(yīng)用于激光焊接車身。激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，使工件在瞬間熔化，從而實(shí)現(xiàn)焊接過程。與常規(guī)的焊接方法相比, 激光焊接速度快、焊縫窄、熱應(yīng)變小, 搭接接縫減少, 可降低重量; 同時(shí)隨著大功率、高性能激光加工設(shè)備的不斷開發(fā), 使得激光焊接技術(shù)在汽車制造業(yè)得到了廣泛應(yīng)用
RLW-A是Scansonic公司針對(duì)車身搭接焊縫、角焊縫、V型焊縫所研發(fā)的一款自適應(yīng)激光熔焊頭。具有焊接效率高、飛濺少、可減少法蘭長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)，可適用于車門、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋、汽車尾蓋等懸掛件，也可適用于汽車縱梁、底板、踏板等機(jī)構(gòu)件的焊接。除此之外，RLW-A搭載了SCeye模塊，可實(shí)時(shí)跟蹤焊縫，并記錄焊接數(shù)據(jù)，對(duì)焊接工藝的改善有極大的參考作用。
2、焊接前的準(zhǔn)備工作
2.1 RLW-A的配置
Figure 2現(xiàn)場(chǎng)總線概覽圖
RLW-A使用前需要與機(jī)器人進(jìn)行通訊和配置。RLW-A可以支持多種通訊協(xié)議，常用的比如ProfiNet、DeviceNet，ProfiBus等，其他參數(shù)接口和電源接口均配有專門的標(biāo)識(shí)，操作簡(jiǎn)便。
以KUKA機(jī)器人為例，基于ProfiNet通訊協(xié)議，RLW-A配備了專門的配置文件，在WorkVisual配置中可以直接導(dǎo)入使用，掃描到原始地址即可進(jìn)行配置，填寫通信字節(jié)，匹配信號(hào)。在激光器，PLC以及附屬設(shè)備都可正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，按照時(shí)序發(fā)送信號(hào)即可啟動(dòng)RLW-A進(jìn)行工作。
2.2試驗(yàn)材料及方案
試驗(yàn)材料為Al5183。板材的尺寸為200mm×50mm，板厚為1 mm和1.2mm。激光器選用的是德國(guó)TRUMPF公司的TruDisk6001，最大功率為6KW，光纖直徑為200um。機(jī)器人選用的是KUKA機(jī)器人,型號(hào)為KR150 R2700 EXTRA。激光頭選用的是Scansonic公司的RLW-A。離焦量為0mm，光斑大小為0.5mm。由于金屬材料對(duì)激光有一定的反射，為了保護(hù)鏡片，激光頭繞X軸正向旋轉(zhuǎn)10°，繞Y軸正向旋轉(zhuǎn)10°。焊接結(jié)構(gòu)為搭接，間隙量為0mm。
為了試驗(yàn)RLW在鋁合金焊接中的可行性，先用酒精擦拭板材，確保沒有雜質(zhì)的干擾。在同種搭接結(jié)構(gòu)下進(jìn)行焊接。焊接后，觀察焊縫形狀，腐蝕斷面，研究金相，另外通過Sceye觀察成型情況。
3、RLW-A的焊接設(shè)置
Figure 3 process 設(shè)置界面
進(jìn)入RLW HMI軟件，需要設(shè)置一些基礎(chǔ)參數(shù)，比如填入機(jī)器人的速度，激光運(yùn)行功率等.，一些具體參數(shù)如表1所示。
表1 RLW設(shè)置部分參數(shù)
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Laser Power
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TCP Velocity
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Start
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2000 W
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Value
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100 mm/s
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Process
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2550W
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Tracking range
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End
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2000 W
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Max Y
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16.5 mm
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Start Ramp Time
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20 ms
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Max Y
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-16.5 mm
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End Ramp Time
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100 ms
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針對(duì)間隙為0mm的搭接焊縫來說，需要設(shè)置的參數(shù)并不多，不需要開啟Gap Compensation(針對(duì)有間隙的結(jié)構(gòu)有焊接補(bǔ)償功能)，在保證Sceye能夠搜索到焊縫的情況下，都能夠順利焊接。
4、結(jié)果及分析
如圖4所示，可以看到焊縫的形狀比較均勻，，焊接起弧和收弧能量都比較穩(wěn)定，整個(gè)焊接過程飛濺較小對(duì)鈑金表面沒有損傷。在圖5中，熔池深度最深約為0.5mm，達(dá)到了下層板厚41.7%，符合熔焊的焊接要求，上層板已經(jīng)基本熔化和下層板緊密結(jié)合，無氣孔，整個(gè)組織均勻一致。
Figure 6 焊接錄像
Sceye錄像記錄了焊縫成型情況，通過觀察，焊接過程中并無雜質(zhì)或者其他焊縫缺陷，焊縫都是均勻成型，整個(gè)焊接質(zhì)量良好，另外通過信號(hào)記錄，可以看到焊接時(shí)序正常，按照規(guī)定啟動(dòng)了RLW。
5、結(jié)論
RLW-A運(yùn)用在鋁合金焊接中，具有很大的適用性。首先，和機(jī)器人及附屬設(shè)備能夠良好匹配，和市面上常用的機(jī)器人均能通信匹配。其次，在鋁合金焊接中，具有良好的表現(xiàn)，并能對(duì)焊接過程進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)工藝改善提供極大的參考價(jià)值。最后，RLW-A具有豐富的功能，不僅僅在零間隙的搭接中可以使用，還適用于深熔焊，有間隙的搭接等結(jié)構(gòu)。
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