作者：Dr. Axel Luft, Laserline GmbH
如今，激光釬焊是汽車車身批量生產中用于連接鍍鋅鋼板的可靠手段之一。專門針對這一應用，目前已開發的釬焊光學元件是通過機器人沿著節點移動。激光束通過光纖傳送到光學元件上，然后銅硅合金線便在釬焊的過程中熔化。激光釬焊技術成功的關鍵在于除了類似于焊接的穩定性以外，一個重要的因素就是美觀的接口：激光產生的釬縫非常的光滑、表面干凈以及接頭到連接部分。這不僅在外觀上很有吸引力，并且幾乎不需要后期加工，而且可實現清潔之后即刻噴涂。激光的釬焊使得接頭耳目一新，而且不像傳統的接合技術，激光釬焊的接頭可以省掉覆蓋件，且不需要儲存空間和裝配。
Laserline 不同三光斑釬焊應用
然而，至少局部上，激光釬焊技術最近并沒能達到其被賦予的期望。汽車制造商們已經越來越多地開始把熱浸鍍鋅鋼板用在車身上。熱浸鍍鋅比傳統的電鍍鋅更加耐腐蝕，因此方法的轉變也提供了技術上和經濟上的優勢。由于鋼板新的表面特征，激光釬焊沒有達到平常的結果。越來越多的污漬濺到靠近接頭的部分，特別是那些微小的濺出物基本無法識別，但是在表面噴涂后卻有清晰可見。
連接本身的質量下降了；他變得更粗糙 同時顯現出很多所謂的“微波”，而且“微波”的范圍超出了焊縫，這些程序上的難題迫使汽車制造商們轉向他們的經銷商尋求解決方案。那時候，我們早已經進行矩形光斑的實驗室測試。要在釬焊光學件中產生一個矩形光斑，需要把一個“質均化模塊”放進一個Scansonic ALO3釬焊光學元件中，Laserline使用這種質均器來產生矩形光斑來進行功率最大可至10kW的激光硬化已經有數年了。
Laserline 集成了三光斑模塊的光學元件
進行更高品質的釬焊熱浸鍍鋅的想法完全占據了大眾汽車技術規劃和研發部門的Thorge Hammer的頭腦。我們本應該建立一個有凹槽的矩形光斑，其中放入一根導線。而然，這種結構并沒能達到我們想要的結果，但我們也因此積累了經驗，所以我們在一年內的數次研發中成功地開發出了現在的三光斑模塊，或者可以叫做“最優矩形光斑”。
在這個方案下，在主光斑處有兩個較小的前端光斑，可以消融焊縫邊緣的鍍鋅。。緊隨一個分離工藝后，主光斑熔化工件部分，直接建立了所需的焊接。通過消融連接頭邊緣的鋅，加工過程很平穩，幾乎可以完全避免濺出物和波紋的出現。如此一來，就可以得到干凈光滑的接頭了。
通過釬焊光學中的三光斑模塊把一條光束分布成三條光束是有很多好處的。為了使釬焊過程平穩，一方面光斑之間的位置必須要精確地設置，另一方面激光功率必須恰到好處地分配到三個光斑中。但是，根據不同的應用（比如說汽車頂部或后擋板、不同的接頭結構），三個光斑的功率分配也肯定不一樣。
Laserline三光斑概念
Laserline公司取得專利的三光斑模塊技術，一方面能夠在主光斑和前光斑之間能夠平行調節功率分配，另一方面功率分配也能在前光斑之前調整。此外，在這個模塊下光斑之間的空間也可以隨后調整，位于一體旋轉軸之后，觸覺釬焊光學中的模塊的位置具有特殊的意義。
自問世以來，歸屬于Scansonic公司專利的觸覺釬焊光學已經被投入使用有相當一段時間了，它使得焊縫誤差極大地減少了。機器人有著有限的路徑精度和元件，而且夾具工藝并不總是讓連接口帶到相同的位置上。導線在光學元件中用作一個焊縫跟蹤傳感器，然后正面的伸縮臂則以旋轉的方式來追蹤焊縫。在旋轉軸之后，激光束以45°反光鏡重新定向并跟隨導線。
Laserline三光斑釬焊加工
由于模塊集成在旋轉軸后面，生成的三光斑總是能正確地朝向導線。因此，由機器人和光學組成的釬焊加工可以像往常一樣編程來控制。如果用一個市場上能買到的三核光纖來產生三光斑，就得放棄使用旋轉軸。當使用旋轉軸時，因為45°反射鏡的緣故，前光斑會導致主光斑的軸反向轉動，這將會引起工藝不穩定。有了三光斑模塊，你也就不需要特別的光纖或是激光器了。
Laserline的二極管激光器被全世界幾乎所有的汽車制造巨頭用于釬焊，標準的激光器是一個具有60mm微弧度光束參數的二極管激光器。我們正是為了這些激光器而開發了三光斑模塊，這意味著擁有6個輸出口的標準激光器可以實現應用了。
Laserline三光斑釬焊結果
此外，標準光纖還是可以即插即用的。如果當一臺更老的激光系統要裝備三光斑模塊時，這種概念還是很有優勢的。多數情況下，一臺60mm微弧度的標準激光器已經裝備應用，只需要一個Scansonic的光學作為“補丁”就可以了。如果還可以進一步通過模塊提升系統，已經安裝了的模塊可以輕易換成更新的模塊。由于擁有諸多的優勢特征，三光斑模塊很快被運用到汽車制造當中。在2016年初還沒有被使用，而到2016年10月，該模塊已經被整合進了5種汽車的量產中。而就在此時，用于更多的系統的模塊的訂單已經確認。三光斑的概念為了釬焊熱浸鍍鋅鋼板提供了一個解決方案 一 簡單實用，此方案只用常規的生產技術和質量把控。
作者聯系：axel.luft@laserline.de
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