“鈑金”這個(gè)詞讓你想起什么？大多數(shù)人可能會(huì)回答“烤盤(pán)”或“擋板”之類。那是因?yàn)樗麄儾涣私夥苁繃?guó)際大功率焊接主管 Herbert Staufer 在通快澳大利亞公司位于 Pasching 的生產(chǎn)車(chē)間從事的工作。那里的鋼板長(zhǎng)達(dá)4米，厚200毫米，放在地上有腳踝那么高。伏能士成為復(fù)合焊機(jī)的領(lǐng)先供應(yīng)商之一，Staufer對(duì)這種材料了如指掌也就不足為奇了。
他通常以客戶的身份前往Pasching，不過(guò)最近又成為了聯(lián)合項(xiàng)目的供應(yīng)商。Thomas Reiter是Staufer的項(xiàng)目合作伙伴兼客戶，負(fù)責(zé)Pasching的鈑金加工，他解釋了邀請(qǐng)Staufer參與項(xiàng)目的原因：“我們要焊接這些板材并制成折彎?rùn)C(jī)的機(jī)架，這需要非常專業(yè)的焊接技術(shù)。”為展示實(shí)際的工作情況，兩人放下金屬板走向了一面灰色的墻，看上去像是沒(méi)有窗戶的生產(chǎn)廠外墻，但顯然是在車(chē)間內(nèi)部。TruDisk 8002碟片激光器就靠在墻上，相比之下顯得頗為小巧。
在墻的另一面，大型激光安全房中的液壓系統(tǒng)吊起 20噸的鋼板并傾斜至所需的角度。橫梁移動(dòng)到設(shè)備上方，伸出裝備著復(fù)合焊接頭的機(jī)械手臂，緩緩劃過(guò)第一列焊縫焊點(diǎn)，使用激光加熱材料，然后重頭戲就要開(kāi)始了：激光束和金屬活性氣體（MAG）電弧焊槍共同作用焊接焊縫。這些焊點(diǎn)深度厚達(dá)8毫米，最終可承受高達(dá)320噸的壓力。如此不斷重復(fù)，使折彎?rùn)C(jī)能夠在整個(gè)使用壽命期間正常工作。
在激光房外，Staufer和Reiter通過(guò)監(jiān)視器觀察著加工過(guò)程。Reiter說(shuō)道：“我們?cè)?jīng)將機(jī)架送到外面手工焊接，花費(fèi)了整整一周！此后，我們決心提高效率。”他很快就發(fā)現(xiàn)激光復(fù)合焊是合適的解決方案。“這種焊接工藝要快得多，因?yàn)槲覀冎恍枰坏篮附?，不像電弧焊必須一點(diǎn)一點(diǎn)完成。而且我們還能用激光預(yù)熱材料，自動(dòng)加工也更容易保證質(zhì)量。”因此他將這種解決方案作為方案A，為以防萬(wàn)一，他還準(zhǔn)備了方案B——可與傳統(tǒng)MAG焊接機(jī)器人搭配的自動(dòng)解決方案。“但方案B需要預(yù)熱裝置和后續(xù)的消除應(yīng)力熱處理。”Reiter說(shuō)道，因此沒(méi)人想使用方案B。但是方案 A 存在一個(gè)巨大的問(wèn)題，正如Staufer所說(shuō)：“我們已經(jīng)交付了一百多個(gè)激光復(fù)合焊頭，但是之前加工過(guò)的最厚的板材也只有10毫米。”
伏能士激光復(fù)合焊槍頭功率10kW
兩年前，Reiter和Staufer在伏能士的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)了大量時(shí)間，一系列顯微照片顯示，焊件剖口出現(xiàn)了很多細(xì)小的裂紋和瑕疵，導(dǎo)致焊縫不可用。他們也曾信心滿滿，Staufer回憶道：“8千瓦的激光功率能夠輕松將材料穿透12毫米，但對(duì)于小孔我們完全無(wú)法控制。”這種裂紋說(shuō)明問(wèn)題在于預(yù)熱。“使用激光預(yù)熱時(shí)，我們能夠充分控制參數(shù)，但是不管怎么調(diào)整溫度，裂紋都沒(méi)有一點(diǎn)變化。”
似乎方案B已成為唯一的選擇，但在一次會(huì)議上，通快提出了從根本上調(diào)整焊接策略的想法，Reiter笑著回憶道：“也許是因?yàn)槲覀冎徊钜稽c(diǎn)就放棄方案A了，所以我們問(wèn)自己：我們真的需要那么深的焊縫才能實(shí)現(xiàn)完美穩(wěn)定的接口嗎？”所以Staufer和他在伏能士的激光專家團(tuán)隊(duì)開(kāi)始逐漸降低焊接深度，達(dá)到10毫米時(shí)，他們終于松了一口氣，焊縫質(zhì)量開(kāi)始不斷提高，“在8毫米的時(shí)候我們終于獲得了理想的焊接效果。”Staufer說(shuō)道。
有了這次階段性勝利，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)始著手解決接下來(lái)的問(wèn)題。Staufer說(shuō)道：“為優(yōu)化焊接加工，激光要以正確的角度接觸材料，但是機(jī)器人不夠靈活，不能接觸到每個(gè)焊點(diǎn)。”所幸Staufer非常清楚該怎樣解決這個(gè)問(wèn)題。
Raimund Geh喜歡這種挑戰(zhàn)。他的公司Femitec GmbH位于奧格斯堡附近的格斯特霍芬，專業(yè)從事焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)。他闡述了自己解決這個(gè)問(wèn)題的方法：“如果配有激光復(fù)合焊頭的機(jī)械手臂無(wú)法接觸到焊點(diǎn)，我們可以代替這部分工作。”他的想法是利用一個(gè)配有卡盤(pán)的變位機(jī)。“我們確信這可以讓我們?cè)谄胶肝恢眠M(jìn)行焊接。”Geh和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)復(fù)雜的仿真系統(tǒng)測(cè)試自己的理論，下一步就是投入實(shí)踐。
安川歐洲有限公司是一家領(lǐng)先的傳動(dòng)技術(shù)、工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人制造商，致力于將公司愿景轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)。項(xiàng)目管理負(fù)責(zé)人Otwin Kleinschmidt將手掌傾斜成關(guān)鍵的45度，然后笑著說(shuō)：“理論很簡(jiǎn)單，就是變位機(jī)加上卡盤(pán)裝置，只是比較大而已。”
團(tuán)隊(duì)碰到的第一個(gè)難題就是要設(shè)計(jì)出能夠承受數(shù)噸重量的液壓系統(tǒng)，位置精確到毫米。Kleinschmidt解釋說(shuō)：“只有這樣才能使焊接機(jī)器人正好處在焊接路徑上。”另一個(gè)難題就是協(xié)調(diào)機(jī)器人和橫梁的移動(dòng)，不過(guò)在實(shí)踐4個(gè)月后，一切終于都步入了正軌。
在Pasching，Staufer和Reiter又開(kāi)始查看各種機(jī)床。他們前面是放在托盤(pán)上的工件，起重機(jī)正幫助生產(chǎn)工人把鈑金放到工作臺(tái)上合適的位置，整個(gè)過(guò)程需要兩個(gè)小時(shí)。這聽(tīng)起來(lái)很復(fù)雜，但是相對(duì)正在加工的部件，這其實(shí)已經(jīng)是非?？焖俚慕鉀Q方案了。然后，變位機(jī)沿著軌道移動(dòng)到激光安全房。焊接機(jī)器人就位后，工人移動(dòng)到安全房的另一端，將下一個(gè)機(jī)架夾到第二個(gè)工作臺(tái)上。Reiter說(shuō)：“采用這個(gè)系統(tǒng)，我們每周能焊接20多個(gè)機(jī)架。”Staufer也很高興：“我們已經(jīng)能夠使用這種焊接工藝處理不同的訂單了。”
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