汽車零部件生產中的塑料激光焊接技術

塑料激光焊接不會產生飛邊、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。自動化塑料激光焊...

塑料激光焊接不會產生飛邊、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。自動化塑料激光焊接設備能實現非常高的產量，同時幾乎不需要任何日常耗材，設備的維護也相當簡單。

高分子材料的多樣化發展及其性能的不斷提高，讓越來越多的汽車部件開始使用塑料制件，這一趨勢使得塑料焊接技術在汽車零部件行業得到廣泛應用。除了傳統的超聲波焊接、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在揚州奧力威公司（以下簡稱“奧力威公司”）氣液分離器焊接項目上的應用。

氣液分離器（LVS）

汽車制造廠商一直以來都是環保技術的引領者，原因在于越來越多的購車者將省油及環保作為首要考慮因素，這使得廠家的研發部門持續不斷地對產品進行改進，以期達到省油及低排放的目的。新研發的氣液分離器能夠幫助整個汽車油箱系統進一步實現省油以及降低排放。

在汽車工業早期，油料經過燃燒后直接排放進入大氣，不經過過濾及尾氣處理。這使得未經充分燃燒的氣態油料及有害氣體進入大氣。如今，汽車行業有多種方法來凈化油箱系統產生的廢氣，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，主要用于分離氣態的汽油并將其回收，同時將廢氣傳送給下一環節處理。

油箱系統內溫度的變化會導致油箱內壓力變化，飽和氣體在降溫或者加壓過程中，一部分可凝氣體組分會形成小液滴隨氣體一起流動，這會導致油箱系統內有部分汽油變成氣態。氣液分離器將氣態汽油截流，使其返回到油箱，而將廢氣輸送到活性炭罐過濾。由此，氣液分離器起到了省油以及保護環境的作用。

項目背景

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

該項目的氣液分離器為大眾的Polo車型設計，亞普汽車部件有限公司（以下簡稱“亞普公司”）負責這一產品的組織生產。亞普公司選擇了塑料激光焊接來完成該產品的封裝，該產品主要由注塑的POM上蓋和殼體組成，每年產量在15萬套左右。整個氣液分離器的壓力要求為0.3 MPa，在產品的某些部位出于焊接強度要求，加有凸點及凸出的焊接線（見圖）。

奧力威公司是亞普公司的供應商，負責該產品的焊接工藝設計。項目初始，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萊丹公司的交鑰匙工作站或者客戶自己集成系統實現。

本項目中，奧力威公司使用深圳遠望自動化公司為其集成塑料激光焊接系統，萊丹公司提供激光器及鏡頭，并提供相關的技術咨詢。

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，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變成熱能，下層材料表面融化。由于上下層塑料在焊接時有夾具夾緊，因此下層的熱量會傳導到上層材料，從而使上層材料焊接面融化。這一熱量傳導的影響范圍只局限在上下層材料焊接面上很淺的一層，不會影響工件的其他部位。因此，塑料激光焊接不會產生飛邊、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。而本項目采用的萊丹公司GLOBO焊接工藝，其GLOBO鏡頭端部本身已經集成了一個氣墊式的玻璃球夾具裝置，這個玻璃球不僅可以聚焦激光能量，同時也充當夾具夾緊。玻璃球還可以無摩擦地在工件表面任意滾動，可以焊接形狀復雜、三維及大尺寸工件。

項目挑戰

為保證氣液分離器內部能承受足夠壓力，在分離器殼體內的某些部位加入了特殊的焊接點（線）以提高焊接強度。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到很高的工藝穩定性及焊接強度。增加的五個焊接點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，鏡頭將焊接能量精確傳導到焊接點，達到優質的焊接效果。

項目實現

本項目采用的是客戶集成焊接系統，為保證高產量，系統采用了四工位的旋轉工作臺。操作工只需要將工件放入夾具，按下工作臺上的起動按鈕，夾具就會旋轉入焊接位置。運動平臺帶著GLOBO鏡頭沿著工件表面的焊接路徑移動來完成焊接。焊接所需要的壓力通過一個接入GLOBO鏡頭的可調小氣缸來提供。焊接凸起的焊接點及焊接筋的時候，不需要更改焊接程序及參數，只需在鏡頭行程途中對高度做補償即可。

在工件焊接的時候，操作工可以在旋轉工作臺空的裝夾工位放置工件。前一個工件焊完，即可起動按鈕進行新工件的焊接。

總結

實踐證明，GLOBO焊接非常適合異形、三維或大尺寸工件的焊接。自動化塑料激光焊接設備能達到非常高的產量，同時幾乎不需要任何日常耗材，設備的維護也相當簡單。在汽車行業，萊丹公司的GLOBO、準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、進氣歧管及門鎖系統等產品的焊接上。