北美Eberspaecher 公司是汽車行業(yè)一級供應(yīng)商，為許多知名客戶制造不銹鋼催化轉(zhuǎn)化器和其他汽車尾氣相關(guān)產(chǎn)品，其客戶包括別克、雪佛蘭、克萊斯勒、道奇、吉普、梅賽德斯•奔馳和龐蒂克。這家公司的總部在德國，成立于1865年，從1931年開始車用尾氣裝置業(yè)務(wù)，并于2000年起開始在美國和加拿大建立工廠。目前公司在美國密歇根州Brighton、亞利桑那州Tuscaloosa、以及加拿大安大略省Brampton都設(shè)有生產(chǎn)工廠。 公司決定為其新建的一條催化轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)線裝配一臺激光焊接短管材生產(chǎn)單元，而非傳統(tǒng)的管材加工設(shè)備。在此之前，該公司采用一臺傳統(tǒng)TIG焊接系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)化器焊接，然而，這一工藝速度慢且焊縫兩端的質(zhì)量存在問題。因此公司決定安裝一臺裝備激光器的新系統(tǒng)——由Weil工程北美公司生產(chǎn)的Twinmaster，以提升焊接速度從而增加生產(chǎn)能力。該激光焊接工藝提升了焊縫起始點的質(zhì)量，因此所得到的管材端部相比弧焊而言能承受更大程度的變形。 處于該系統(tǒng)的核心Twinmaster在同一臺機器中集合了兩種主要的功能：管件成形及焊接。而一些二級加工流程，如板材進料和焊后擴管，都直接可通過該系統(tǒng)完成，從而成為了一個完整的生產(chǎn)中心。整套系統(tǒng)的控制功能由西門子SINUMERIK 840D CNC數(shù)控系統(tǒng)和一臺用于對話功能的SIMATIC OP170操作面板實現(xiàn)。 選擇激光焊接而非TIG焊接的主要原因是前者在工藝循環(huán)時間上的顯著減少，因為激光的焊接速度比TIG提升了3倍，從1.2米/ 分鐘增加到3.5米/分鐘，當使用3.2kW激光功率焊接厚度為1.2毫米的材料時，速度也快近3倍。除此之外，使用激光能確保功率完全覆蓋全部焊接長度，所以不會發(fā)生在管材端部由于功率開/關(guān)而產(chǎn)生質(zhì)量降低的狀況。 Weil工程公司還開發(fā)了一項用于催化轉(zhuǎn)化器的附加功能，被稱為“回焊”。因為激光焊接起點端比終點端更堅固，因此這種方法有利于在兩端都得到堅固的焊接。其原理是：焊接朝一個方向進行，在到達焊縫總長3/4處時，停止焊接，在零功率下焊槍繼續(xù)運行到管材的終端，然后開始反向進行焊接，最終將略微同之前所焊接的部分重疊。通過使用“回焊”，管材將在擴管情況下具有更好的抗斷裂性能。 并且，使用激光的另一大優(yōu)勢是可以在上下料的時候?qū)⒓す夤β是袚Q到另一部焊接機上。這樣不僅可以幾乎100%地利用激光器的功率，并能通過在兩臺設(shè)備之間共享功率而減少投資。另一大使用激光的優(yōu)勢是可焊接所有的材料，包括帶涂層的金屬，如電鍍或鍍鋁的鋼材。這給予了Eberspaecher公司足夠的靈活度來面對未來的項目。而且，激光焊接的焊縫能通過退火得以增強，以應(yīng)對焊接后即將進行的擴管。激光焊同TIG焊相比的一大缺點是其高昂的初始購置價格及相對高的運行成本。然而，拿激光系統(tǒng)來說，雖然其銷售價格約比TIG系統(tǒng)高30%，但其產(chǎn)能卻比TIG系統(tǒng)高80%，且管端部質(zhì)量更高。系統(tǒng)使用的TRUMPF CO2激光器在數(shù)千次切割和焊接應(yīng)用中得到證明，是堅固耐用的產(chǎn)品。此外，該激光器能以合理的成本被集成于系統(tǒng)中，其需要的安全設(shè)施同弧焊工藝所需的一樣簡單。 操作流程 操作流程開始時，兩臺安裝在旋轉(zhuǎn)臺上的鈑金填料機分別被裝上大約可供1小時生產(chǎn)的物料，并向輥板機中送入板材。板材兩面的狀況在運送途中得到檢測。一旦第一部卸料機清空，旋轉(zhuǎn)臺將第二部卸料機送入，這樣第一部機就能同時完成再次上料，確保了不間斷的物料供應(yīng)。根據(jù)管材的長度，多個金屬板（最多為四個）能在同一個機械周期被卷為管材。輥卷后的管材板件能自動被從輥板機傳送到縫焊機上，在這里管材被夾住并利用TRUMPF TLF 3200激光器產(chǎn)生的光束完成焊接。TIG焊是這一工藝的另一選擇，一開始會更為經(jīng)濟，但其在焊接速度上較之激光焊接要大為遜色。Eberspaecher公司目前有兩臺Twinmaster系統(tǒng)，第一臺裝備了TIG，而第二臺裝備了激光器。 一旦焊接工藝完成，加工好的管件被工具拉伸并轉(zhuǎn)移到一臺在線退火系統(tǒng)上，焊接區(qū)域被加熱到約1000 ℃，以釋放焊縫中的應(yīng)力。在冷卻環(huán)節(jié)完成后，CNC控制的處理系統(tǒng)將管件導(dǎo)入液壓驅(qū)動的擴管機，使其達到預(yù)先設(shè)定的管內(nèi)徑尺寸。這一最終尺寸是通過轉(zhuǎn)換器基底材料的直徑、隔熱墊的厚度，以及用于轉(zhuǎn)換器管件的不銹鋼材料回彈量計算出來的。 這些操作的先后順序，每一步時間的精確計算，以及所有運動的控制都通過Siemens SINUMERIK 840 D數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測并完成，該控制器同時還監(jiān)測了定位、功率、激光束的開/關(guān)狀態(tài)，以及所有傳送機械及工裝。Twinmaster上安裝的TRUMPF激光器擁有200毫米光學(xué)雙焦鏡片以及固定焦距。當材料的厚度改變時，CNC工裝將自動改變工件的位置。 Eberspaecher公司的工程經(jīng)理Anthony Mussarelli說道：“這些設(shè)備為我們響應(yīng)并滿足客戶要求的過程帶來了顯著的提升。包括其合理的工裝順序，以客戶為核心設(shè)計改進的實施，以及實現(xiàn)各種形狀/尺寸產(chǎn)品的全面連續(xù)生產(chǎn)等多個因素加在一起，成為我們滿意的主要原因。”