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大型材料的激光焊接技術

作者:a 來源: 日期:2017-09-30 10:10:06 人氣:38 評論:0 標簽:

“鈑金”這個詞讓你想起什么?大多數人可能會回答“烤盤”或“擋板”之類。那是因為他們不了解伏能士國際大功率焊接主管 Herbert Staufer 在通快澳大利亞公司位于 Pasching 的生產車間從事的工作。那里的鋼板長達4米,厚200毫米,放在地上有腳踝那么高。伏能士成為復合焊機的領先供應商之一,Staufer對這種材料了如指掌也就不足為奇了。

  他通常以客戶的身份前往Pasching,不過最近又成為了聯合項目的供應商。Thomas Reiter是Staufer的項目合作伙伴兼客戶,負責Pasching的鈑金加工,他解釋了邀請Staufer參與項目的原因:“我們要焊接這些板材并制成折彎機的機架,這需要非常專業(yè)的焊接技術?!睘檎故緦嶋H的工作情況,兩人放下金屬板走向了一面灰色的墻,看上去像是沒有窗戶的生產廠外墻,但顯然是在車間內部。TruDisk 8002碟片激光器就靠在墻上,相比之下顯得頗為小巧。

  在墻的另一面,大型激光安全房中的液壓系統(tǒng)吊起 20噸的鋼板并傾斜至所需的角度。橫梁移動到設備上方,伸出裝備著復合焊接頭的機械手臂,緩緩劃過第一列焊縫焊點,使用激光加熱材料,然后重頭戲就要開始了:激光束和金屬活性氣體(MAG)電弧焊槍共同作用焊接焊縫。這些焊點深度厚達8毫米,最終可承受高達320噸的壓力。如此不斷重復,使折彎機能夠在整個使用壽命期間正常工作。

  在激光房外,Staufer和Reiter通過監(jiān)視器觀察著加工過程。Reiter說道:“我們曾經將機架送到外面手工焊接,花費了整整一周!此后,我們決心提高效率。”他很快就發(fā)現激光復合焊是合適的解決方案。“這種焊接工藝要快得多,因為我們只需要一道焊接,不像電弧焊必須一點一點完成。而且我們還能用激光預熱材料,自動加工也更容易保證質量。”因此他將這種解決方案作為方案A,為以防萬一,他還準備了方案B——可與傳統(tǒng)MAG焊接機器人搭配的自動解決方案?!暗桨窧需要預熱裝置和后續(xù)的消除應力熱處理?!盧eiter說道,因此沒人想使用方案B。但是方案 A 存在一個巨大的問題,正如Staufer所說:“我們已經交付了一百多個激光復合焊頭,但是之前加工過的最厚的板材也只有10毫米?!?/p>

  

  伏能士激光復合焊槍頭功率10kW

  兩年前,Reiter和Staufer在伏能士的研發(fā)實驗室花費了大量時間,一系列顯微照片顯示,焊件剖口出現了很多細小的裂紋和瑕疵,導致焊縫不可用。他們也曾信心滿滿,Staufer回憶道:“8千瓦的激光功率能夠輕松將材料穿透12毫米,但對于小孔我們完全無法控制?!边@種裂紋說明問題在于預熱?!笆褂眉す忸A熱時,我們能夠充分控制參數,但是不管怎么調整溫度,裂紋都沒有一點變化?!?/p>

  似乎方案B已成為唯一的選擇,但在一次會議上,通快提出了從根本上調整焊接策略的想法,Reiter笑著回憶道:“也許是因為我們只差一點就放棄方案A了,所以我們問自己:我們真的需要那么深的焊縫才能實現完美穩(wěn)定的接口嗎?”所以Staufer和他在伏能士的激光專家團隊開始逐漸降低焊接深度,達到10毫米時,他們終于松了一口氣,焊縫質量開始不斷提高,“在8毫米的時候我們終于獲得了理想的焊接效果?!盨taufer說道。

  有了這次階段性勝利,項目團隊開始著手解決接下來的問題。Staufer說道:“為優(yōu)化焊接加工,激光要以正確的角度接觸材料,但是機器人不夠靈活,不能接觸到每個焊點。”所幸Staufer非常清楚該怎樣解決這個問題。

  Raimund Geh喜歡這種挑戰(zhàn)。他的公司Femitec GmbH位于奧格斯堡附近的格斯特霍芬,專業(yè)從事焊接系統(tǒng)設計。他闡述了自己解決這個問題的方法:“如果配有激光復合焊頭的機械手臂無法接觸到焊點,我們可以代替這部分工作?!彼南敕ㄊ抢靡粋€配有卡盤的變位機。“我們確信這可以讓我們在平焊位置進行焊接。”Geh和他的團隊開發(fā)了一個復雜的仿真系統(tǒng)測試自己的理論,下一步就是投入實踐。

  安川歐洲有限公司是一家領先的傳動技術、工業(yè)自動化和機器人制造商,致力于將公司愿景轉化為現實。項目管理負責人Otwin Kleinschmidt將手掌傾斜成關鍵的45度,然后笑著說:“理論很簡單,就是變位機加上卡盤裝置,只是比較大而已。”

  團隊碰到的第一個難題就是要設計出能夠承受數噸重量的液壓系統(tǒng),位置精確到毫米。Kleinschmidt解釋說:“只有這樣才能使焊接機器人正好處在焊接路徑上?!绷硪粋€難題就是協調機器人和橫梁的移動,不過在實踐4個月后,一切終于都步入了正軌。

  在Pasching,Staufer和Reiter又開始查看各種機床。他們前面是放在托盤上的工件,起重機正幫助生產工人把鈑金放到工作臺上合適的位置,整個過程需要兩個小時。這聽起來很復雜,但是相對正在加工的部件,這其實已經是非??焖俚慕鉀Q方案了。然后,變位機沿著軌道移動到激光安全房。焊接機器人就位后,工人移動到安全房的另一端,將下一個機架夾到第二個工作臺上。Reiter說:“采用這個系統(tǒng),我們每周能焊接20多個機架。”Staufer也很高興:“我們已經能夠使用這種焊接工藝處理不同的訂單了。”


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