激光焊接在厨具行业的应用
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近年来,激光焊接作为新型的焊接方式应用范围越来越广泛,尤其在激光器价格大幅降低之后,在某些领域激光焊接的应用如井喷式爆发。厨具一直是我们生活的必需品,随着人们生活水平的不断提高,日常的厨具也必须不断满足顾客的审美和个性化需求。厨具的分类简而言之,一般由不锈钢厨具、铁质厨具、陶瓷厨具、塑料厨具等组成,就拿不锈钢厨具的焊接工艺来讲,传统的焊接技术很难达到理想的效果,且焊后处理工作量大,激光焊接技术的出现及推广打破了这一僵局,让厨具焊接工艺有了显著突破。
激光焊接原理
激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形和高效率的焊接方法,在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学等方面得到广泛应用,尤其以不锈钢厨具为代表的厨具行业应用更是广泛。
激光焊接是将具有高能量密度的激光束辐射至金属表面,在激光与金属的相互作用下,金属吸收激光能量并转化为热能,金属熔化后冷却结晶形成焊缝。激光焊接具有焊接速度快、工件变形小、焊缝融合大、焊缝质量好、焊后处理简单等优点,可以用于各种环境下焊接同种或者异种材料或者难熔材料。激光焊接示意图如图1所示。
图1 激光焊接示意图
在不锈钢厨具的加工过程中,为了取得更好的焊接效果,越来越多的厨具企业采用激光焊接技术。焊接后,工件变形量小,后续处理工作量少,能够得到非常美观的焊接表面效果,可以大大减少抛光及整平工序的人工成本。
厨具行业中常用的激光焊接设备
在厨具行业中最常使用的激光焊接设备一般分为三种:双工位机器人激光焊接单元、激光焊接专机和手持式激光焊接机。
双工位机器人激光焊接单元
双工位机器人激光焊接单元如图2所示,由机器人、双工位旋转变位机、激光器、防护房等组成,采用人工上料的方式,实现内部焊接、外部上下料,提高设备使用效率及生产效率。通常,旋转变位机上配置可调整工装夹具,满足不同规格工件的焊接,通用性强。这种焊接单元主要适用于中大型且长焊缝较多的厨具工件焊接。
图2 双工位机器人激光焊接单元
激光焊接专机
激光焊接专机如图3所示,主要由X、Y、Z三轴和旋转轴、激光器、封闭式外罩等组成,采用人工上下件的方式实现工件的焊接。此焊接专机主要适合于小型且焊缝单一的厨具工件焊接。旋转轴上配置不同工装夹具系统以适应多种工件,柔性度较高。
图3 激光焊接专机
手持式激光焊接机
手持式激光焊接机如图4所示,主要由激光器、水冷机、手持式焊接头等组成,占地面积小,上手快,对于操作人员要求较低。前期成本投入较少,且能很大程度上降低不锈钢厨具焊接后的打磨工作量,因此手持式焊接机目前是小型厨具厂商的首选。
图4 手持式激光焊接机
典型工件激光焊接工装夹具设计思路
厨具行业使用激光焊接已经成为一种发展趋势,国内部分厂商已经将激光焊接应用在五金厨具焊接中,特别是抽油烟机、烘烤箱等大型厨具的外罩的焊接,大大提高了生产效率,取得了良好的焊接效果。下面以抽油烟机罩激光焊接为例来简要分析工装夹具设计思路。
抽油烟机的外罩模型和实物如图5所示,抽油烟机罩一般由激光切割下料、冲压成形,工件一致性保持较好。此类工件的工装夹具设计思路一般为:
图5 抽油烟机罩
⑴首先确定工件的摆放姿态,根据图纸要求找出定位基准。由于机罩在冲压成形后很松散,无法使用侧边作为定位,一般采取孔+大面的定位方式。
⑵确定焊缝数量以及焊接是否便捷。在保证工件尺寸的情况下,优先完成长缝的焊接。短缝如果影响夹具设计,导致成本较多,需要结合成本与客户沟通是否可采取后续补焊方式。
⑶确定焊接工装夹具形式。根据客户需求确定工装夹具自动化程度,是采用手动夹紧,还是自动夹紧,亦或是手动夹紧和自动夹紧相结合。
⑷确保工装夹具方便调节。为保证设计的工装定位块和夹紧块方便调节,可采用调整垫片形式或者腰孔调节、销定位等,以此来减少工装夹具零件的返工量。
已在客户现场正常使用的抽油烟机罩的手动夹紧工装如图6所示,由于客户产量提升,根据客户需求,又重新设计了气动夹紧工装用于提升工作效率,如图7所示。
图6 抽油烟机罩手动夹紧工装
图7 抽油烟机罩气动夹紧工装
结 束 语
任何一个行业从开始到结束基本要经历初始期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段,目前不锈钢厨具行业正处于成长期,因此激光焊接技术在厨具行业的应用也在蓬勃发展,激光焊接设备的需求也在与日俱增。
朱通
作者简介
机械设计工程师,主要从事激光焊接相关工作,具有多年激光焊接产线及专机研发设计经验。
——摘自《钣金与制作》2022第3期