汽車零部件生產(chǎn)中的塑料激光焊接技術(shù)

塑料激光焊接不會(huì)產(chǎn)生飛邊、粉塵或者煙氣，它是一種熱影響范圍非常小的清潔焊接工藝。自動(dòng)化塑料激光焊...

塑料激光焊接不會(huì)產(chǎn)生飛邊、粉塵或者煙氣，它是一種熱影響范圍非常小的清潔焊接工藝。自動(dòng)化塑料激光焊接設(shè)備能實(shí)現(xiàn)非常高的產(chǎn)量，同時(shí)幾乎不需要任何日常耗材，設(shè)備的維護(hù)也相當(dāng)簡(jiǎn)單。

高分子材料的多樣化發(fā)展及其性能的不斷提高，讓越來(lái)越多的汽車部件開(kāi)始使用塑料制件，這一趨勢(shì)使得塑料焊接技術(shù)在汽車零部件行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。除了傳統(tǒng)的超聲波焊接、摩擦焊接及熱板焊接等以外，激光焊接作為一種有效的補(bǔ)充，日益被汽車零部件廠商所重視。本文主要介紹瑞士萊丹公司的塑料激光焊接技術(shù)在揚(yáng)州奧力威公司（以下簡(jiǎn)稱“奧力威公司”）氣液分離器焊接項(xiàng)目上的應(yīng)用。

氣液分離器（LVS）

汽車制造廠商一直以來(lái)都是環(huán)保技術(shù)的引領(lǐng)者，原因在于越來(lái)越多的購(gòu)車者將省油及環(huán)保作為首要考慮因素，這使得廠家的研發(fā)部門持續(xù)不斷地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，以期達(dá)到省油及低排放的目的。新研發(fā)的氣液分離器能夠幫助整個(gè)汽車油箱系統(tǒng)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)省油以及降低排放。

在汽車工業(yè)早期，油料經(jīng)過(guò)燃燒后直接排放進(jìn)入大氣，不經(jīng)過(guò)過(guò)濾及尾氣處理。這使得未經(jīng)充分燃燒的氣態(tài)油料及有害氣體進(jìn)入大氣。如今，汽車行業(yè)有多種方法來(lái)凈化油箱系統(tǒng)產(chǎn)生的廢氣，氣液分離器就是其中的一種。氣液分離器放置在油箱及活性炭罐的中間，主要用于分離氣態(tài)的汽油并將其回收，同時(shí)將廢氣傳送給下一環(huán)節(jié)處理。

油箱系統(tǒng)內(nèi)溫度的變化會(huì)導(dǎo)致油箱內(nèi)壓力變化，飽和氣體在降溫或者加壓過(guò)程中，一部分可凝氣體組分會(huì)形成小液滴隨氣體一起流動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致油箱系統(tǒng)內(nèi)有部分汽油變成氣態(tài)。氣液分離器將氣態(tài)汽油截流，使其返回到油箱，而將廢氣輸送到活性炭罐過(guò)濾。由此，氣液分離器起到了省油以及保護(hù)環(huán)境的作用。

項(xiàng)目背景

氣液分離器是油箱系統(tǒng)的主要部件之一，每一種車型的氣液分離器都略有差別，它們主要通過(guò)注塑或者吹塑成形。

該項(xiàng)目的氣液分離器為大眾的Polo車型設(shè)計(jì)，亞普汽車部件有限公司（以下簡(jiǎn)稱“亞普公司”）負(fù)責(zé)這一產(chǎn)品的組織生產(chǎn)。亞普公司選擇了塑料激光焊接來(lái)完成該產(chǎn)品的封裝，該產(chǎn)品主要由注塑的POM上蓋和殼體組成，每年產(chǎn)量在15萬(wàn)套左右。整個(gè)氣液分離器的壓力要求為0.3 MPa，在產(chǎn)品的某些部位出于焊接強(qiáng)度要求，加有凸點(diǎn)及凸出的焊接線（見(jiàn)圖）。

奧力威公司是亞普公司的供應(yīng)商，負(fù)責(zé)該產(chǎn)品的焊接工藝設(shè)計(jì)。項(xiàng)目初始，奧力威公司嘗試了許多種塑料焊接工藝，比如超聲波焊接、振動(dòng)摩擦焊、塑料激光焊接以及熱板焊接等。最終，塑料激光焊接工藝的效果讓奧力威公司決定選用萊丹公司的GLOBO塑料激光焊接工藝。

萊丹公司是知名的塑料激光焊接工藝提供商，除了擁有準(zhǔn)同步焊接等通用激光焊接工藝外，還有掩膜焊接、GLOBO焊接及放射狀焊接等專利工藝。所有的焊接工藝都可以通過(guò)萊丹公司的交鑰匙工作站或者客戶自己集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

本項(xiàng)目中，奧力威公司使用深圳遠(yuǎn)望自動(dòng)化公司為其集成塑料激光焊接系統(tǒng)，萊丹公司提供激光器及鏡頭，并提供相關(guān)的技術(shù)咨詢。

塑料激光焊接原理

塑料激光焊接要求焊接的兩層塑料對(duì)激光有不同的穿透或吸收性能，上層為激光可穿透材料，下層為激光可吸收材料。焊接時(shí)，激光穿透上層材料，在下層材料表面激光能量被吸收。激光能量被吸收后轉(zhuǎn)變成熱能，下層材料表面融化。由于上下層塑料在焊接時(shí)有夾具夾緊，因此下層的熱量會(huì)傳導(dǎo)到上層材料，從而使上層材料焊接面融化。這一熱量傳導(dǎo)的影響范圍只局限在上下層材料焊接面上很淺的一層，不會(huì)影響工件的其他部位。因此，塑料激光焊接不會(huì)產(chǎn)生飛邊、粉塵或者煙氣，它是一種熱影響范圍非常小的清潔焊接工藝。

如前文所述，塑料激光焊接時(shí)需要用夾具將上下塑料件夾緊，以保證上下焊接面緊密貼合。而本項(xiàng)目采用的萊丹公司GLOBO焊接工藝，其GLOBO鏡頭端部本身已經(jīng)集成了一個(gè)氣墊式的玻璃球夾具裝置，這個(gè)玻璃球不僅可以聚焦激光能量，同時(shí)也充當(dāng)夾具夾緊。玻璃球還可以無(wú)摩擦地在工件表面任意滾動(dòng)，可以焊接形狀復(fù)雜、三維及大尺寸工件。

項(xiàng)目挑戰(zhàn)

為保證氣液分離器內(nèi)部能承受足夠壓力，在分離器殼體內(nèi)的某些部位加入了特殊的焊接點(diǎn)（線）以提高焊接強(qiáng)度。但是，這些增加的焊接柱及焊接筋增大了焊接的難度。與塑料激光焊接相比，普通的塑料焊接方法不能達(dá)到很高的工藝穩(wěn)定性及焊接強(qiáng)度。增加的五個(gè)焊接點(diǎn)位及叉狀焊接筋成凸起狀，使用普通的夾具很難在這些位置提供足夠的焊接壓力，而GLOBO焊接工藝通過(guò)鏡頭端部的玻璃球接觸工件，可以非常方便地在這些凸起的位置施加焊接壓力。同時(shí)，鏡頭將焊接能量精確傳導(dǎo)到焊接點(diǎn)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)的焊接效果。

項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

本項(xiàng)目采用的是客戶集成焊接系統(tǒng)，為保證高產(chǎn)量，系統(tǒng)采用了四工位的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。操作工只需要將工件放入夾具，按下工作臺(tái)上的起動(dòng)按鈕，夾具就會(huì)旋轉(zhuǎn)入焊接位置。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)帶著GLOBO鏡頭沿著工件表面的焊接路徑移動(dòng)來(lái)完成焊接。焊接所需要的壓力通過(guò)一個(gè)接入GLOBO鏡頭的可調(diào)小氣缸來(lái)提供。焊接凸起的焊接點(diǎn)及焊接筋的時(shí)候，不需要更改焊接程序及參數(shù)，只需在鏡頭行程途中對(duì)高度做補(bǔ)償即可。

在工件焊接的時(shí)候，操作工可以在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)空的裝夾工位放置工件。前一個(gè)工件焊完，即可起動(dòng)按鈕進(jìn)行新工件的焊接。

總結(jié)

實(shí)踐證明，GLOBO焊接非常適合異形、三維或大尺寸工件的焊接。自動(dòng)化塑料激光焊接設(shè)備能達(dá)到非常高的產(chǎn)量，同時(shí)幾乎不需要任何日常耗材，設(shè)備的維護(hù)也相當(dāng)簡(jiǎn)單。在汽車行業(yè)，萊丹公司的GLOBO、準(zhǔn)同步以及輪廓焊等塑料激光焊接工藝被廣泛使用在各類傳感器、車燈、儀表板、油罐、進(jìn)氣歧管及門鎖系統(tǒng)等產(chǎn)品的焊接上。