激光焊接：不仅仅是一个遥远的可能性

最近取得的更实惠、更强大的激光技术的进步正在与高性能工业机器人，为制造商提供更高的精度和灵活性（优于传统但可靠的机器人焊接工艺），从而提高车间生产率。此外，曾经在工业领域被视为不可焊接的材料现在可以轻松制造，通常可以在减少浪费的同时创造出独特的产品。

广泛用于取代航空航天、汽车和重型设备制造商，远程激光焊接 (RLW)——一种非接触式激光焊接技术——开始在各个行业中用于更复杂的应用，尤其是大批量制造中。虽然传统机器人焊接仍然是广泛任务的首选方法，但需要最高准确性和速度的应用更适合配备远程激光焊接头的工业机器人。无论您是刚刚开始了解 RLW 还是接近购买机器人，以下信息都可能对您的决策过程有所帮助。

为什么选择远程激光焊接？

远程激光焊接是“远程”，因为激光头使用 100-150 毫米的更长间距使光束从头部传播到它聚焦在零件上的点。光纤用于将激光束传输到激光头臂端工具——极大地提高了机器人运动的灵活性，最大限度地减少了干扰并防止了因碰撞造成的代价高昂的损坏。然后，远程激光焊接头使用振镜电机（低惯性、可编程伺服电机）控制的反射镜快速聚焦和引导激光束。

这使得机器人精度成为次要因素，使制造商能够实施传统的重载机器人，例如用于定位头部的 SP165 或 GP180。使用像这样的传统型机器人，而不是像 MC2000 II 这样的高精度机器人，通常成本更低，并且可以实现更好的目标投资回收期。

同样，远程激光焊接头具有特殊软件，允许程序在机器人移动时运行。这通常被称为“飞行中”焊接。虽然少数应用程序使用“即时”配置，但 Yaskawa 提供了一项功能，可以根据机器人位置触发输出，每次都在同一点同步机器人运动和激光头运动。

RLW 是否具有成本效益？

虽然激光焊接仍然涉及激光器、焊头和冷却器的大量资本支出，但它的价格仍在不断下降。为了证明这种初始资本投资的合理性，重要的是要通过足够的数量来抵消成本。如果担心大批量生产，与信誉良好的机器人供应商讨论机器人激光焊接与安装带有点焊枪和定时器的焊接机器人的优缺点可能对您的特定应用有益。

同样，机器人激光焊接通常使用 YAG 激光器（钇、铝和石榴石晶体的组合），具有有害光，需要不透光的外壳。这会增加额外的费用，并且对于大型企业来说可能不切实际 车身等结构。为了解决较大部件的激光焊接问题，一些激光焊接头在焊接区域周围使用了“防护罩”，形成了不透光的密封。正如 IPG 的激光焊缝步进机 (LSS) 所见，这使不透光外壳要求局部化，但限制了焊缝的长度和范围，使其成为点焊或缝焊的理想替代品。

RLW 是激光焊接的唯一方法吗？

远程激光焊接头的优点是可以在广阔的区域快速移动光束，并且在给定区域执行多个焊接时可能不需要任何机器人运动。机器人还可以将零件呈现给固定的 RLW 头，以帮助分担保持“激光开启”时间较长的负载。 RLW 头也可用于在非焊接应用中操纵光束，例如零件清洁的烧蚀。

固定头可安装在机器人的末端以允许机器人运动移动光束。即使是固定头也可能包含一些光束操纵，使光束摆动或振荡以形成更宽的焊缝、分布热量、处理更多的接头变化和蒸汽除气。较小的有效载荷，弧焊类机器人可以与摆动头结合在一个较小的、成本较低的工作单元中，用于较小的零件。

还应该考虑什么？

材料
如前所述，激光焊接为下一代材料的焊接打开了大门。一种经常被问到的材料是用于汽车的新型超高强度钢，以及它是否非常适合激光焊接与电阻点焊。由于强度更高的钢的冶金学，它绝对是一个很好的候选者，并且可以响应激光焊接的快速加热/冷却循环（优于较慢的电阻加热）。

使用铝进行制造轻型卡车和用于制造汽车零部件（例如电动汽车电池托盘）的材料也在快速增长。因此，对后者使用激光焊接越来越受欢迎——因为激光焊接的低热输入、高焊接速度和极大的灵活性有助于制造商满足汽车电池部件焊接工艺的严格要求。

方法
从电阻点焊到搅拌摩擦焊，机器人激光焊接正在取代某些工艺，提高质量和产量。对于各种机器人焊接应用，正在大量关注的特定类型的激光焊接工艺包括热丝和混合激光焊接。同样，由于速度快和热输入低，用于金属丝和粉末熔覆的激光焊接也越来越受到关注。



接头设计
紧密配合的搭接接头最适合激光焊接。表面之间的微小间隙可以将激光焊接快速转变为激光切割，这就是激光焊接夹具使用强力夹持的原因。与点焊不同，激光焊接只需要单侧接入，但底部确实需要支撑以抵抗夹紧力。

表面
被焊接产品的表面也必须考虑。理想情况下，当对产品使用激光时，应使用 A 级表面（具有美观形状和最佳表面质量的自由曲面）。这是因为小的热影响区清理得很好。出于这个原因，激光焊接——代替传统的电阻点焊 (RSW)、气体保护金属极电弧焊 (GMAW) 或钨极惰性气体保护 (TIG) 焊接——在家电行业等行业中的应用正在扩大，其中不锈钢制造抽油烟机、烤箱和冰箱。

技能资源
在对机器人进行编程时，操作员了解其正在教导机器人的过程至关重要。具有电弧焊或电阻焊经验的熟练机器人操作员可能无法完全理解激光工艺。出于这个原因，为了在保持零件完整性的同时充分利用该过程，公司应考虑雇用或培训人员以了解激光焊接技术。伏特、安培和送丝速度被激光功率和速度所取代，更不用说可能使用的保护气体和填充金属的差异了。激光安全也是工厂人员也将负责的一个关键因素。

从接头几何形状到零件装配等等，机器人激光焊接有很多方面需要考虑。如果您想知道机器人激光焊接提供的稳健质量和增加的吞吐量是否适合您的公司，明智的做法是联系您首选的机器人供应商，寻求您特定应用问题的答案。