激光焊接成功的关键

   2018-09-06 49
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在激光焊接的实际应用中,影响其成功的因素,不只包括技术因素,还包括一些无法被量化的影响因素。

在激光焊接领域,所涉及的因素有激光物理、金相、模具、夹具、焊接工艺参数及零件强度测试等。对于任何激光焊接项目来说,这些因素对于成功是很重要的,但是还有一些其他不能被量化或者具体化的因素也是同等重要的。

激光焊接的零部件设计

无论从焊接能力方面还是从经济性角度着眼,激光焊接的装配系统设计对于焊接都是非常关键的。例如,如果装配系统不便,而只是简单的把点焊系统换为激光焊接系统,根本无法充分发挥激光焊接工艺的优势。所以在采用激光焊接系统时,相应的装配系统、零部件都要重新设计。以下几点要重点考虑:

1.通过减小法兰宽度来减少原件重量、降低成本(单面焊接、更窄的焊缝)或者降低滚距(通过对一般靠点焊在一起的高应力零件区域,采用连续焊缝或者消除电阻点焊后备电极需要的结构增强料上的介入孔来实现)。

2.激光焊接具有能量密度高、热影响区小的特点,从而大大降低了工件的热变形。

3.减少或者避免了二次加工,如打磨、抛光和矫直等二次加工工艺。

4.通过激光焊接和激光钎焊实现独特的构件造型,例如汽车的激光钎焊车沟接头,避免了使用密封和塑料模件去填充车沟。

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激光工作时间比最大化

激光工作时间比重的大小(即焊接时间与生产时间之比)对成本影响很大。很明显,每一分钟都是激光在等零件,从字面上理解就是激光一直处于待命模式,也就是说有提高产能、降低成本的潜力。如何挖掘该潜力呢?关键是尽可能让光束100%在工件上——激光处于工作状态。有以下两种办法来达到这个目标:

1.利用分时控制: 两个或者更多工作站共享一台激光器。当一个工作站在进行焊接时,别的工作站同时上下料。等别的工作站准备好时,该工作站一旦焊接完成即可瞬时切换到别的工作站,这就大大提高了激光的使用率。

2.采用激光远程焊接工艺。这种工艺采用长焦距加工镜头(跟别的加工镜头相比,工作距离更长,因此称为远程)结合扫描式振镜共同来完成焊接。该工艺的关键是采用质量轻、动态性能好的扫描振镜,从而大大降低激光定位时间,提高激光的使用率。传统激光焊接采用机器人或者笛卡尔系统来控制光束或者工件,导致定位时间长。

培养激光能手

另外一个重要的因素是:在工艺早期必须挑选、培养一个工艺能手。历史和经验都证明了这一基本原则:没有工艺能手就没有稳定的产品质量、可靠的产量。工艺能手的选择可能是整个工艺最简单的部分。焊接能手需要具备以下条件:1.焊接或者机械方面的工程师,有一定实践经验更好;2.对于激光技术有兴趣、有热情,愿意从事该行业;3.快速学习能力;4.团队精神,乐于与他人分享有用的信息。

焊接能手被选定以后,是工艺中更具有挑战性的指导和培训,包括灌输企业的目标和远景、提供适当的培训。焊接能手能够从培训课程中受益,也利于激光焊接加工工艺的成功(如激光安全、激光焊接常识、金相学常识、过程统计控制等)。对于管理者而言,在这点上面临的最大挑战是要注重金钱和时间的投入,而不要过多的插手该工艺。

生产人员的前期参与

早一点纳入使用激光焊接的工厂也是成功的关键因素之一。这是所有权、技术转让和技术承接的关键。在任何制造项目的开始阶段,制造工程师不管是在现场还是在其他地方,从项目伊始就要尽可能多地参与,包含来自生产职员的关键个人。这不仅仅对理念的统一有实际意义,如果在正确的精神引导下操作,还能完成这一必要的目标。还有更多关乎成败的事情,这些每天从事生产系统制造人员的多年经验是这种努力的最主要收获。这些人无论男女,提供的关键投入和建议能变平凡为超凡,将普普通通变成世界量级。总的来说,参与、引导、倾听并期待伟大的事情发生,是最需要做的事情。

培养维护人员

与选择激光能手一样,第一个任务就是为该项工作选择合适的人员。在一些工厂里面,在这点问题上可能不会有很大的弹性,但是如果有,那就依靠常识去选择合适的人员。选择之后,还要进行训练和授权。经营者需要知道如何在尽可能安全的条件下操作和保养设备。除此之外,他们需要了解系统的所有组成部分如何工作。然而更重要的是,他们需要知道并了解设备“不处于最佳工作状态”的症状。如何做到这一点呢?完整的、成套文档是非常重要的一方面,交钥匙工程尤为重要。

维修和服务人员需要具备深入的工作知识,这只能通过实际操作培训和经验来获取。如果可能的话,激光的训练应该安排在激光制造商那里,以避免工厂内嘈杂的环境和经常被工厂设备故障需要学员去维修而打断培训的情况。课程的时间安排也很重要,不能太早,也不能太晚,稍早于或在设备刚刚安装完毕一般是最佳的;或者在设备检修时;或者每年进行一次更高级别的培训。厂内激光安全检查员、激光优胜者也应该是激光和激光系统培训,而且应要加强对操作人员和维护人员的培训。nextpage

如何选择合适的激光制造商

激光行业内,更高的激光功率、更好的光束质量和更低的价格的竞争一直存在。因此,如何有效地把这三点结合到一个工业级、稳定可靠、更柔性的、耐用的产品里面就成为了一个要点。下面这些因素在选择激光设备的时候首先要考虑到:

1.激光制造商是否具有良好的可靠信誉?

是否经常有新产品上市并且都能取得成功?产品性能是否可靠?是工业级产品吗?是否有完善的服务支持和零部件供应体系?是否有世界级应用中心,并且他们的应用知识和经验是首屈一指的呢?真正的持久的成功包含很多因素,稳定可靠只是其中一个关键因素而已。

2.激光供应商:一站式采购

以YAG和1um激光制造商为例,一个根本性的问题被提出来:激光制造商是仅仅在激光发生器上有竞争力,还是在光路输出系统、 光纤和加工镜头上也有竞争力?这很关键,因为工业用户需要最小化风险:从激光光源到所有与激光传导、加工相关的方面。举例来说,传导光纤坏了和激光光源坏了对生产所造成的损失是一样的。如果激光制造商也提供这些附件,那就意味着系统性能最优化、各组件匹配最优化得到了保证,也就是风险最小化。另外,通过电话的远程诊断功能也是非常必要的。

3.激光器是否可有经过训练的最终用户维修人员进行维修

这是另外一个非常重要的问题。一些激光产品的设计结构导致:(1)不能在现场修复,也就是说,激光器必须在激光厂商那里进行修复或者是买一个新设备作为备机。(2)不能由被培训过的客户维修人员在现场修复,也就是说必须由激光制造商在现场或者是制造商工厂进行修复。如果由来自激光生产商的高级技师来修理的话,那么在这方面的风险就很低。

4.激光源是否具有先进的控制系统和自我诊断功能?

从控制方面来说,例如,激光功率闭环控制系统在保证激光输出功率与编程指定功率一致性方面是必不可少的。这很明显,因为激光功率(如果没有监测和控制系统)随着冷却水温度、背光反射和二极管故障(在二极管泵浦案例中)的波动而波动。在诊断方面,远程诊断是关键,这不仅仅指一条电话线和一部调制解调器。为了快速诊断问题,不管是设备现场还是通过电话远程诊断,一定数量的和某些种类的传感器都是必须的,从而使得电压、电流、温度和流量等信息都能被正确反映,用来帮助检测和维修。此外,当模拟信号可用的条件下,如果一些被检测的信号移向不期望的方向,激光控制器能预先发出警告。当只有开关(字面上的0和1)信号被检测到,开关的极性变化后一切都太晚了。

当您在考虑任何一个激光焊接制造系统成功的关键的时候,有一些不能被直接测量和计算的事情,他们与那些可以被测量和计算的事情是同等重要的。上面讨论的内容包括了一些重要的技术层面,完全有必要去彻底理解和很好的落实。然而,技术本身并不能保证成功,其他一些因素也非常关键。

 
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