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汽车座椅激光焊接工艺研究

发表时间：2021/9/10 来源：《时代建筑》2021年8期4月下作者：卢跃鑫

[导读] 在科技不断创新的过程中，进一步对激光技术进行创新和完善，并在各大领域中得到了广泛应用。激光焊接工艺具有高精度、高效率、低变形等特征，在汽车工业模块化生产中发挥出了巨大的作用，同时汽车工业领域中，不断拓宽了激光焊接工艺的应用范围。

丰田纺织（广州）汽车部件有限公司 4452211985032****6 卢跃鑫广东省广州市 510000

摘要：在科技不断创新的过程中，进一步对激光技术进行创新和完善，并在各大领域中得到了广泛应用。激光焊接工艺具有高精度、高效率、低变形等特征，在汽车工业模块化生产中发挥出了巨大的作用，同时汽车工业领域中，不断拓宽了激光焊接工艺的应用范围。基于此，本文重点对汽车座椅激光焊接工艺进行研究。
关键词：汽车座椅；激光焊接工艺；研究分析
        引言：在汽车工业快速发展的背景下，人们越来越关注汽车座椅的舒适度和安全性。另一方面，汽车座椅的调节直接对乘客的乘坐舒适度产生影响，需要以乘客的需求为基准合理进行调整。在汽车座椅制造中，从前采用的焊接工艺以电焊、弧焊为主，这些焊接工艺存在非常明显的缺陷，如易变性、预留空间大等，同时焊接的速度也得不到保障。而激光焊接工艺的应用，有效解决了传统焊接工艺中存在的各种缺点，因此在汽车工业领域中发挥出了非常重要的作用。在激光技术快速发展的过程中，激光焊接的普及程度越来越高。而汽车座椅制造在汽车零部件生产中是非常关键的一个环节，其制造水平也随着汽车行业制造水平的发展而提高，其中汽车座椅激光焊接工艺是汽车座椅制造水平提高的一个重要标志，值得我们深入进行研究。
        一、激光振镜镜组
        （一）概念分析
        作为一种特殊的摆动转机，振镜的原理主要是利用线圈痛点，在切割磁场中产生力矩，转子通过电子或机械的方式加有复位力矩，力矩大小和转子偏离平衡位置的角度呈正比关系，在相应电流通过线圈同时转子偏离到相应角度的时候，回复力矩与电磁力矩的大小相等，所以不能够和普通电机一样进行旋转，只可以进行偏转，同时电流与偏转角成正比，也可以被成为扫描振镜。激光振镜镜组的工作原理，主要是通过运算数字信号的方式，强调控制马达电机转动角度的效果，由两片马达控制的扫描镜反射激光之后，激光随后会通过一篇聚焦镜，因此激光在恒定范围内会围绕X轴和Y轴旋转，从而起到改变激光光束位置的作用[1]。以25KG左右的激光振镜镜组为例，在使用的过程中，一般会选择承载能力大于250N的焊接机器人。同时因为激光焊接的光斑一般不会超过0.6mm，所以对焊接机器人的重复精度有较高的要求。在汽车座椅制造中，M-710Ic/50机器人是一种常用的焊接机器人，该机器人承载力在500N左右，重复定位精度不超过0.07mm；同时还有IRB4400/45机器人，该焊机机器人承载力在450N左右，重复定位精度在0.07mm~0.1m左右。在选择好激光振镜镜组和焊接机器人后，需要结合激光焊接工艺以及汽车座椅产能的要求，选择合适的激光发生器。近年来，虽然我国简答了对激光发生器的研究力度，并取得了一定进展，但是自主研发的激光发生器的最高功率大概在1kw~2kw左右，对于汽车座椅制造中金属零部件的焊接要求还无法很好的满足。所以市面上的大功率激光发生器主要是从国外进口，最高功率大概在20kw左右。如德国研发的Trudisk系列激光发生器，美国研发的YLS系统激光发射器等，在汽车座椅激光焊接工艺中较为常用[2]。
        （二）定点焊接工艺
        较为常用的激光振镜镜组焊接工艺主要有定点扫描焊和飞行焊两种。定点扫描焊主要是利用激光振镜镜组进行快速扫描，并在焊接机器人的带动下走到对应的焊接部位，并在提前编写好的编程软件的作用下，完成对特定部位的激光扫描焊接，可实现对激光焊接速度、焊缝位置、焊接功率的控制。该工艺的优势在于，利用焊接机器人可以快速到达焊接部位，并进行扫描焊接，极大节省了焊接时间。不过该工艺也有一定缺点，比如焊接工件的焊缝呈均匀分布特点，并非过度集中在特定范围内，因此在应用该工艺之前需要合理对焊接机器人的路径进行设计。

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        （三）飞行焊接工艺
        飞行焊接工艺主要是利用激光振镜镜组自身带有的模拟软件对被焊工件的焊缝位置进行标记，同时对焊接机器人的运行轨迹进行编程，还需要提前设定好激光焊接现相关参数，包括机器人在激光焊接过程中的同步参数运行匹配。在软件模拟同步运行参数成功进行匹配之后，需要将提前编制好的程序导入到激光振镜镜组中。在成功匹配所有设置参数之后，还需要对焊接机器人的运行轨迹进行编程，使得焊接机器人与模拟软件中的机器人的运行轨迹、行走速度相匹配。最后利用激光振镜镜组快速扫描焊接额的特点，让焊接机器人携带激光振镜镜组沿着提前设定好的运行轨迹行走，焊接机器人在行走的过程中，激光振镜镜组会自动读取提前编辑好的程序，实现对金属部件的同步焊接。
        二、激光定焦镜组
        （一）概念分析
        与激光振镜镜组相比，激光定焦镜组的投入成本更低，所以在汽车座椅制造中，如没有对激光焊接工艺有明确要求，激光定焦镜组是首选的一项焊接工艺。激光定焦镜头可以将激光光束通过准直镜调整光束、折射镜折射光束后，经过聚焦镜将光束聚焦到0.6mm左右的光斑上进行焊接。因为不同聚焦镜片的焦距存在差异，因此在选择激光焊接工艺的过程中，需要充分考虑焦距的长度。在选择好激光定焦镜组之后，需要根据镜组的质量来选择合适的焊接机器人型号。比如当镜组质量在5kg~8kg左右的时候，对焊接机器人的轴运动速度有较高的要求。
        （二）激光远程焊接
        使用激光定焦镜组的长焦距远程焊接，主要应用在汽车座椅和后座椅靠背的搭接焊上，该工艺的优势在于，可以利用焊接机器人4、5、6轴的小幅度摆动，让激光光速快速移动到焊缝部位。在使用了长焦距的定焦镜头之后，远程焊接过程中所产生的飞溅几乎不会溅射到激光镜头上，因此有效降低了镜片的更换频率，极大节省了汽车座椅生产成本[3]。长焦距远程焊接的缺点在于，对焊接机器人的重复精度偏差有非常高的要求，一旦重复精度出现抖动或偏差，必定会出现较大的焊接误差，最终在焊接工件的焊缝位置会出现大幅度偏移的情况，同时也无法很好的保证光束的位置精度。所以该模式适用于对焊接精度要求不太高的汽车座椅靠背上。
        （二）激光近程焊接
        激光定焦镜组的短焦距近程焊接，在汽车座椅制造中常用于座椅导轨、调焦器等对焊接精密度要求较高的核心零部件上。该工艺可以准确地将激光光斑照射到指定焊接部位，可以确保激光焊接的重复准确性。该技术的缺点在于，因为焊接距离较短，激光焊接过程中产生的飞溅现象会粘到镜组的保护镜片上，镜片的更换频率较高，因此会加大生产成本。激光定焦镜组的近程焊接具有高精度的特点，所以在工件的角焊中常用该焊接工艺，可以避免金属零件厚板冲压过程中所需焊接工艺翻边。同时该工艺与传统的弧焊、角焊等工艺相比，有效降低了热影响区域，可以避免或改善焊接过程中零件发生变形，节省了填充焊丝等影响焊接速度、加大焊接成本的步骤，在保障焊接质量的基础上，有效促进了汽车座椅生产效率提升。
        结语：现如今，激光焊接技术在汽车座椅制造、零部件生产中得到了非常广泛的应用。尤其是对于汽车座椅靠背、调角器、座椅滑轨等核心部件的焊接，可以利用激光焊接技术的不同工艺方式来进行制造。激光焊接工艺的出现，有效解决了传统焊接工艺中存在的各项弊端，在保证焊接质量和效率的同时，还具有节省焊接成本的作用，因此成为了行业当前重点研究的对象。未来，在激光焊接技术不断发展的过程中，将逐渐体现出自动化、高精密度的优势，自动化的激光焊接技术将会全面取代人工焊接的方式，在今后的汽车座椅生产制造中，我们还需要不断加强对激光焊接技术的应用和研究，结合实际生产需求，选择合适的激光焊接工艺。
参考文献
[1]钱志刚.汽车座椅激光焊接工艺研究阐述[J].中国新技术新产品,2018,{4}(04):57-58.
[2]张建亮,周建忠,罗敬文,黄舒,孟宪凯.汽车座椅调角器激光焊接工艺研究[J].应用激光,2015,35(02):216-220.
[3]林中坚.汽车座椅激光焊接工艺研究介绍[J].汽车零部件,2014,{4}(01):53-58.