Automobile Technology & Material
白车身车门激光飞行焊接技术及工艺调试
摘要：阐述了激光飞行焊接系统在白车身车门上的应用。通过对激光飞行焊调试方法的研究及激光焊CAN接参数的优化，达到了激光飞行焊接质量认证的目的。激光焊头通过 总线的方式与机器人通讯，实现激光飞行焊接的功能。通过大量实验，得出相对稳定的激光焊接参数，并确定激光的离焦量，激光功率是影响激光焊接质量的重要参数。
关键词：激光飞行焊 激光点蚀 激光功率 机器人
中图分类号：U466 文献标识码：A 10.19710/J.cnki.1003-8817.20210379
DOI: 1 前言
随着汽车制造行业高效发展及对白车身产品质量的高标准要求，激光飞行焊接技术逐步在白车身连接工艺当中扮演重要角色。激光飞行焊接技术是一种稳定、高效、灵活的焊接技术，本研究详细介绍了激光飞行焊工艺在焊装四门生产线上的应用，满足了制造线体高效稳定的生产需求。2 激光飞行焊接原理及工艺2.1 激光工作原理
1，当激光介质中的原子受到泵浦能量时
如图
产生原子越迁，进入高能态，同时将吸收的能量会以光和热的形式释放。当发出的光击中其他原子，基态原子就会吸收这束光，当高能态原子数量大于基态原子时，激光就得到了放大，光束在谐振腔内不停地振荡放大，通过耦合镜输出，也就产生了激光。
2.2激光飞行焊接工艺
2.2.1
激光点蚀工艺
镀锌板焊接时由于锌的沸点较低，锌受热后迅速汽化，产生锌蒸汽，锌蒸汽会影响镀锌板材和镀锌板材的熔接，所以要用激光点蚀工艺将镀锌工件表面拉起凸点。目的是为了在两层镀锌板焊接焊
缝时，将焊接产生的锌蒸汽排出，有利于形成饱满0.1~0.2 mm
光泽的焊缝。点蚀工艺拉起高度在 之间。如果是普通的冷轧板焊接则不需要此项工艺。2.2.2
激光飞行熔焊激光飞行熔焊属于热熔焊接，也称远程焊或
450 mm（取决于激光
扫描焊，即激光镜组距工件约扫描头的焦距）的非接触焊接。焊接路径规划由光学镜组内的反射镜进行，不需要其它的辅助耗材。因其工作时激光扫描头移动同时并实现激光扫描焊接称为“飞行焊”，这种工艺的特点是高精度、高效率、高速度、高灵活性，针对本项目，每个
50 22 mm
工件需要焊接 个 的焊道，机器人完成工
40s。
作仅需
3 激光飞行焊接的硬件组成
3.1 激光飞行焊接的硬件架构
2激光飞行焊接的硬件组成如图 所示。
3.2 激光扫描头与机器人的连接
CAN
激光扫描头与机器人之间的通讯方式为
CAN
总线协议，需要通过 总线模块组态通讯，总线
3
连接如图 所示。
CAN CCU
总线网关模块供电由机器人 板卡提
24V CCU X47
供 电源，并且机器人 板卡的 端口和
CAN
总线网关模块之间用以太网线连接。机器人IP地址（172.20.3.3）预设在机器人端，CAN
系统 总
IP 172.20.3.99，CAN
线模块网关需要 设置为 总线
2、4 120 Ω的电阻端接，CAN
模块 号管脚必须用 总
4
线模块连接如图 所示。
3.3 激光飞行焊接的辅助设备
激光器及激光扫描头在工作过程中会产生热量，冷却系统是激光不可缺少的一部分。为了高效且延长激光元器件的使用寿命，必须给激光器配备冷却系统。常见的冷却系统有外循环水式冷
2
水机和风冷内循环水式冷水机 种。激光扫描头及光缆也需要冷却处理，一般用去离子水循环式水冷结构。同样在焊接质量的控制上也需要压缩空气介质作为辅助介质，激光焊接过程会产生大量离子气，会扩散激光束能量，所以激光扫描头需要两组压缩空气：一组是防飞溅风刀的压缩空气，
0.6 MPA；另一
和吹工件浮灰的压缩空气，气压为
0.2 MPA
组则为保护镜头的 压缩空气。
4 激光飞行焊接硬件组态
要实现激光飞行焊接功能，首先要在库卡机器人控制系统上安装激光飞行焊所需的应用软件。对库卡机器人软件要求为：首先机器人系统VW System8.2，机器人在专家模式下，版本要求为
T1
运行模式为 模式，不能选择程序，安装机器人
VKRC4LASER⁃
软件需要按照附加软件流程安装
PFO(AUDI)
软件。安装软件的目的是生成激光焊
CAN
接的相关指令，并且通过 总线模块建立机器人与激光扫描头的实时位置数据传输。机器人通
PROFINET
过 总线协议与激光器通讯，激光器的网
5 6
络设置如图 所示，激光器的硬件组态如图 所示。5 激光飞行焊接调试方法5.1 激光点蚀的调试方法
激光点蚀是通过一定功率的脉冲激光照射，
0.1~0.2 mm使镀锌板材表面产生 的凸点。激光
7）、Z 8）点蚀的形状一般分为直线式（图 字形（图
2 种, 直线式点蚀在同一条直线上，焊缝位置高于
或低于点蚀；Z字形焊缝要在点蚀的中间位置。成型合格点蚀关键因素，激光平面必须与工件垂直。机器人示教时可以用辅助工具进行位置记录，以实现机器人轨迹点激光扫描头与工件平行的目的。例如，水平仪测量工件表面与激光扫描头水平，也可以用通快激光调试工具示教，激光
9）；水平仪
示教工具确保激光镜头与板材平行（图
10）。
测量保激光镜头与板材平行（图
5.2 激光飞行熔焊焊缝调试方法
打开先导激光、线激光，手动将机器人示教到所需要的焊缝位置，通过对库卡机器人X/Y/Z方向的调整，把先导光示教到线激光十字交叉点上。
11
如图 所示，示教先导光与线激光焦点重合，此时激光的焦点正好是在工件的表面。如果没有线激光无法准确确定激光焦点，要用游标卡尺测量先导光的大小与激光镜头光斑大小相同，即判定焦点正好是在工件的表面。
ABC
通过对库卡机器人 方向的调整，把先导12
光示教到激光调试工具的中心点，如图 所示，示教先导光与示教工具中心重合，这样就确定了激光扫描头与工件水平。