汽车座椅骨架激光自动焊接工艺分析及控制

王智飞

大族激光智能装备集团有限公司

摘要：汽车座椅是由多种不同结构的支架构成，由于汽车座椅焊缝分布多，焊缝质量要求高，产品要求节拍快，因此对其能自动焊接提出了更高的要求。由于汽车座椅焊缝分布多，焊缝质量要求高，产品要求节拍快，因此对其能自动焊接提出了更高的要求，根据对汽车座椅支架焊接的操作过程进行分析，传统的焊接方式来说已经无法满足目前汽车工业的发展需求。而新兴的激光焊接技术有效的改善传统焊接方法产生的缺陷。

关键词：汽车座椅支架; 激光焊接；激光远程焊; 焊接机器人

采用机器人对座椅支架进行激光焊接，能够保证焊接过程更加稳定，并且通过激光参数优化，可以减少焊接飞溅，焊缝外形成形美观，并能有效解决焊接气孔、裂纹等缺陷，并且采用激光焊完成的座椅支架生产不仅能够满足产品技术的需求，而且还能够有效的克服传统人为操作中出现的问题。另外，激光焊座椅焊缝成型的产品不仅具备美观的外形，而且具有稳定可靠的质量，以及更高的生产效率。

1. 焊接机器人发展趋势

据调查发现，工业机器人在不同焊接技术在各领域的应用，达到了50%的全球工业机器人的使用量。截止到今天的统计数据可以看出，全球有超过百万套的机器人被应用于工业活动作业中，我国对机器人在工业应用方面的研究基本上是从上个世纪70年代末开始，经过了这几年的不断创新研究，不仅在技术方面得到了较大的提升，而且还对其进行了更好的应用，服务于我国国民经济的发展，为制造业提供更好的发展环境。其一，在对用于焊接工作的机器人进行购买时，发现价格越来越低，但是其技术水平与价格成反比，其二，越来越大的劳动力需求，想要使制造大国在经济的带动下，成为制造强国，需要对不同类型的加工方式进行改进，以高品质产品的生产为目标，加强企业在行业竞争中的优势，这代表着机器人在未来的发展过程中将会得到广泛的应用^[1]。

2. 激光焊接原理

激光是20世纪人类的伟大发明，激光在焊接中的应用极大推动了焊接技术的革新和发展，激光焊接正越来越显示出它优越性和很强的生命力。近年来，光纤激光器在工业生产中的出现显著提高激光焊接设备的智能化及加工柔性化，使得激光焊接技术迈入了快速发展时代。目前，激光焊已被广泛应用于航空航天、机械、钢铁、汽车、电子、医疗、石油化工、食品等领域。

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。借助激光光束具有优异的方向性和高功率密度等特性，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，使被焊物迅速熔化冷却形成焊点或焊缝。按激光功率密度大小来区分，激光焊又分为激光深熔焊与激光热传导焊。激光深熔焊：当激光功率密度达到10⁶~10⁷W/cm²时，功率输入远大于热传导、对流及辐射散热的速率，材料表面发生汽化而形成小孔，孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔中直射到孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。激光传导焊：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光功率、脉冲、能量密度等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。熔深浅，焊接速度慢。两种焊接方式的比较如下图：

激光焊接的基本模式

按不同的应用场合来分，激光焊又分为激光自熔焊、激光填丝焊、激光复合焊、激光钎焊以及激光远程焊等。而目前，汽车座椅及座椅相关的零部件等已经逐步采用激光远程焊取代传统焊接方法，与电阻点焊相比，远程激光焊接技术充分发挥了单侧，非接触式激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫描振镜具有的优势相结合，大大缩短了焊接时间，提高了总生产效率，可有效用于日益增多的汽车零部件焊接。激光远程焊（原理见图）是通过调整振镜焊接头内部的镜片组，达到改变激光路径的一种焊接方法。汽车座椅采用激光远程焊优势如下：1、定位速度快、焊接速度快、效率高，可实现飞行焊接2、可实现远距离加工，焊接范围大3、 可编程序聚焦镜组在扫描范围内可定位到任意点和任意角度。 4、 可对曲面零件及局部不易接近结构进行快速的多点焊接。

激光远程焊原理

汽车座椅支架总成

三、激光焊接特点及优势

（一）激光焊接的基本特点

与普通焊接技术相比，激光焊接有着更高的质量和效率。在应用激光焊接技术的过程中，通过对激光过程的检测以及对质量的控制，能够使激光焊接获得较高的质量，目前，激光技术通过计算机，分析不同的焊接目标，并对焊缝进行跟踪、检测是否存在缺陷、检测焊缝质量是否完好等，并根据收到的反馈信息对焊接工艺的参数进行调整，以此来满足自动化激光焊接所提出的要求。在进行激光焊接的过程中，最重要的内容之一就是，需要控制好光束的焦点参数，在特定功率以及速度在进行激光焊接时，想要使焦点位置能够处于稳定状态，就需要运用专业的技术对设备进行调控，以此来使各种影响稳定的因素得以避免或减少。

2. 激光焊接的优势

相比常见的焊接工艺来说，激光焊接具备了以下特点：（1）快速焊接。相比以往的焊接技术来说，激光焊接有着更快的速度；（2）激光焊接的过程中无需接触，（3）高强度焊接。与传统焊接技术相比，其强度更高。（4）预留焊接边缘的缩小。通过采用小宽度搭接，并且对焊接过程中有可能采用到的部件进行加强，可以有效减少所使用的材料，使设计更加完善，带给座椅更加柔性化的设计；（5）激光焊具有自动化程度高、深宽比大；（6）非接触性焊接，能够使在更换以及维护易损件的次数得以减少，不仅能够最大程度的节约成本，而且能够获得更好的焊接效率；（7）激光焊接能够实现熔池的净化功能，以此来减少焊缝中的杂质，使焊接质量获得有效的提升。

2. 激光焊接汽车座椅的优势

对汽车的第二排座椅靠背的焊接，是激光焊接技术的主要应用，在以往焊接第二排汽车座椅的过程中，主要是在金属板材的附近进行集中分布，将背板与强梁进行焊接，焊接后的组合在进行冲撞测试的过程中，能够承受外力18kN。受到工艺以及工艺参数对传统座椅的限制，导致机器人每焊接一个点需要花费2.6s左右的时间。在焊接第二排靠背的时，需要对60-90个节点进行焊接，有着较长的单件制造时间。而焊接时间在激光焊接工艺的应用下，能够得到有效的减少，能够使高产能的需求得以满足，在以往进行焊接的过程中，会使用到多个机器人对节点进行焊接，但是激光焊接技术在现代化的发展下，只需用到一个机器人对单元进行焊接，能够有效的减少所占用的厂房面积，以及人力在机器人焊接电阻点过程中的投入。因此，激光焊作为一种先进的制造工艺技术，与传统焊接方法相比，具有自动化程度高、深宽比大 、高速、高精度、热输入小、变形小 、非接触式焊接等显著优势，为越来越多的工业所应用。

综上所述：

对激光焊接技术的应用，能够有效克服传统焊接工艺的缺点，在工作中出现的弊端，达到了全自动激光焊接的条件，能够实现稳定，高强度等焊接工作，提升焊接效率，并且成型后的产品外观具有美观性的特征，具有稳定可靠的质量，是一项具有实用性的工程。

参考文献：

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