W powszechnym użyciu termin "w locie" odnosi się do wykonywania zadań dynamicznie i w czasie rzeczywistym, bez zatrzymywania lub przerywania całego procesu. W świecie zautomatyzowanej produkcji spawanie laserowe " w locie " ucieleśnia tę koncepcję, umożliwiając ciągłe spawanie, podczas gdy obrabiany przedmiot lub głowica spawalnicza pozostają w ruchu.
Ponieważ branże nadal dążą do szybszej i inteligentniejszej produkcji, ta metoda spawania zyskuje na popularności w zaawansowanych środowiskach produkcyjnych. W tym artykule wyjaśnimy, czym jest spawanie laserowe w locie, jak działa i jakie kluczowe korzyści oferuje producentom.
Czym jest spawanie laserowe w locie (OTF)?
Spawanie w locie (OTF), określane również jako spawanie w locie, a czasami spawanie skanerem, to zautomatyzowany proces spawania laserowego, który wykorzystuje system skanowania laserowego do wykonywania spoin, podczas gdy głowica spawalnicza lub elementy docelowe są w ciągłym ruchu.
Aby zrozumieć podstawową zasadę spawania w locie, należy najpierw przeanalizować inne powszechnie stosowane metody zautomatyzowanego spawania laserowego. Metody te można traktować jako podejście "stop-and-start" do spawania laserowego.
Wysoka prędkość: spawanie laserowe typu stop-and-start ze stałą głowicą spawalniczą
Najprostsza i najpowszechniejsza metoda spawania laserowego, stałe głowice do spawania laserowego kierują wiązkę do nieruchomej pozycji bezpośrednio pod układem optycznym. Istnieją pewne wyjątki, głównie w przypadku głowic spawalniczych zaprojektowanych do "spawania chybotliwego", które wykorzystują małe pole widzenia do tworzenia wzorów spoin.
Aby wykonać spoiny większe niż rozmiar punktu wiązki lub wykonać serię pojedynczych spoin, konieczne jest albo przesunięcie stałej głowicy spawalniczej, albo spawanych części. Ten pierwszy sposób jest bardziej powszechny, ponieważ jest dość łatwy do osiągnięcia.
Większa prędkość: spawanie laserowe stop-and-start z głowicą skanującą
Znane również jako skanery i głowice skanujące galvo, laserowe głowice skanujące wykorzystują galwanometr do odchylania wiązek laserowych poprzez obrót szeregu starannie rozmieszczonych luster. Taka konstrukcja umożliwia prowadzenie lub "skanowanie" wiązki w szerokim polu widzenia. Pozwala to optyce skanującej na tworzenie długich szwów, złożonych wzorów spoin i wielu pojedynczych spoin, podczas gdy zarówno głowica skanująca, jak i części pozostają nieruchome.
Spawanie skanerem jest powszechnie stosowane w zaawansowanych i wysokowydajnych aplikacjach, takich jak spawanie akumulatorów. Spawanie za pomocą głowicy skanującej zmniejsza częstotliwość zatrzymywania systemu, ale nie eliminuje całkowicie takiej potrzeby. Dodatkowo, spawanie na krawędziach pola widzenia głowicy skanującej powoduje subtelne zniekształcenia w skupieniu wiązki, co może powodować problemy w zastosowaniach wymagających wysokiej precyzji z wąskimi oknami procesowymi.
Wyzwania napotykane na krawędziach pola widzenia można zmniejszyć, wykorzystując tylko niewielką część pola skanera. Tworzy to bardziej jednolitą plamkę, ale wymaga częstszego przestawiania skanera w celu pokrycia obszaru spawania. Zmiana położenia skanera jest stosunkowo powolnym procesem, który znacznie zmniejsza ogólną wydajność.
Najwyższa prędkość: Spawanie w locie za pomocą głowicy skanującej
Na szczęście moc skanowania laserowego można dodatkowo zwiększyć, aby umożliwić tworzenie złożonych wzorów spoin, gdy optyka jest w ruchu lub części poruszają się pod nią. Metoda ta znacznie zmniejsza częstotliwość zatrzymywania systemu.
Podczas korzystania z laserowej głowicy skanującej do spawania w locie, zazwyczaj wykorzystywana jest tylko wąska część pola widzenia. Innymi słowy, optyka jest utrzymywana głównie bezpośrednio nad celem spawania, nawet gdy elementy systemu są w ruchu. Praktycznie eliminuje to zniekształcenia charakterystyki plamki lasera spowodowane skierowaniem wiązki na krawędzie pola widzenia skanera.
Ponieważ spawanie w locie dynamicznie dostosowuje zarówno skupienie wiązki laserowej, jak i jej ścieżkę, metoda ta umożliwia również automatyczne uwzględnienie zmian wysokości części i trójwymiarowych geometrii części bez zmiany względnej odległości głowicy skanującej od części.
Jak działa spawanie w locie
Podczas spawania, gdy skaner lub części są w ruchu, wzór wiązki tworzony przez układ optyczny musi kompensować ten ruch. Wymaga to ścisłej integracji komponentów systemu.
W przypadku zastosowań o wysokiej dokładności i wydajności, takich jak spawanie akumulatorów, często optymalne jest połączenie bramy i skanera. W tym przykładzie kontroler skanera śledzi pozycję i prędkość skanera i kompensuje trajektorię wiązki, aby utworzyć prawidłowy kształt spoiny dokładnie we właściwym miejscu. Podczas gdy tradycyjne techniki spawania skanerem mają stosunkowo proste zadanie "rysowania" pożądanego kształtu z ustalonej pozycji, spawanie w locie musi prowadzić wiązkę po ścieżce, która różni się od ostatecznej spoiny w oparciu o obliczenia w czasie rzeczywistym.
Aby zilustrować tę koncepcję, rozważmy okrągły szew spawalniczy, dość powszechny kształt w zastosowaniach spawania skanerem. Jak pokazano po lewej stronie na powyższym obrazku, oprogramowanie skanera prowadzi wiązkę tak, aby utworzyć kształt pętli. Wynikowa spoina końcowa pokazana po prawej stronie jest pożądanym idealnym okręgiem.
Specyfika sposobu obliczania ścieżek i prędkości wiązki zależy od wielu czynników, takich jak prędkość, trajektoria i pożądany kształt końcowej spoiny. Ważny jest również rodzaj ruchu - bramowy, zrobotyzowany lub przenośnikowy.
Zalety spawania w locie
Zwiększona wydajność i przepustowość: Poprzez radykalne zmniejszenie wymaganej liczby uruchomień i zatrzymań, spawanie w locie skutecznie eliminuje nieproduktywne przerwy, które w przeciwnym razie byłyby przeznaczone na zmianę pozycji części lub optyki. W przypadku linii produkcyjnych, które muszą spawać duże ilości pojedynczych części, wykonywać wiele spoin na tej samej części lub wykonywać wiele długich, ciągłych spoin, zazwyczaj możliwe jest kilkukrotne zwiększenie wydajności dzięki spawaniu w locie.
Zwiększona precyzja i niezawodność: spawanie w locie stale oblicza i dostosowuje parametry spawania, aby uwzględnić ciągły ruch. W rezultacie wiązka lasera jest precyzyjnie ukierunkowana przy zachowaniu optymalnych właściwości wiązki. Dodatkowo, ponieważ głowica skanująca wykorzystuje ograniczone pole widzenia, wyniki spawania są bardziej spójne i przewidywalne, co ułatwia utrzymanie się w wąskich oknach procesowych.
Elastyczność: spawanie w locie może być stosowane, gdy głowica skanująca jest w ruchu w zastosowaniach, w których wiele pojedynczych spoin musi być wykonanych na dużej części, np. do spawania szyn zbiorczych akumulatorów. Spawanie OTF może być również stosowane, gdy głowica skanująca pozostaje nieruchoma, a wiele mniejszych części jest przesuwanych pod nią, np. do spawania pojedynczych ogniw akumulatora poruszających się wzdłuż przenośnika obrotowego.
Ponadto spawanie w locie działa zarówno z 3-osiową bramą, jak i ruchem kartezjańskim, a także z ruchem systemu zrobotyzowanego.
Kompatybilność z innymi technologiami spawania laserowego: spawanie w locie może być stosowane z innymi korzystnymi technologiami spawania laserowego, które zmieniają charakterystykę wiązki i monitorują proces spawania.
Przykładowo, spawanie w locie jest kompatybilne z laserami dwuwiązkowymi, które poprawiają jakość spoiny i redukują rozpryski. Spawanie OTF można również zintegrować z bezpośrednim laserowym pomiarem spoiny w czasie rzeczywistym, formą monitorowania procesu, która pomaga producentom śledzić kluczowe cechy spoiny, takie jak głębokość spoiny.
Obecne możliwości spawania w locie
Technologia spawania w locie jest oferowana przez ograniczoną liczbę dostawców technologii laserowej. Zaawansowane obliczenia i programowanie, które zasilają spawanie w locie, oznaczają, że choć są one potężne, dokładne możliwości i funkcjonalność są ściśle strzeżone.
W przypadku technologii spawania w locie opracowanej przez IPG Photonics, wykazano prędkość spawania do 1000 spoin na minutę, nawet podczas spawania bardziej złożonych wzorów spoin, takich jak spirale.
Technologia spawania w locie IPG jest również wyjątkowo kompatybilna zarówno z jednomodowymi , dwuwiązkowymi laserami AMB, jak i z pomiarem spoin w czasie rzeczywistym LDD (zgłoszony patent).
Jakie branże i zastosowania korzystają ze spawania w locie?
Spawanie w locie jest stosunkowo nową technologią, ale oferuje znaczące korzyści w zakresie produktywności, jakości i niezawodności w różnych branżach i zastosowaniach.
Spawanie pojazdów elektrycznych i akumulatorów: wykorzystywane przez niektórych z największych na świecie producentów pojazdów elektrycznych, spawanie OTF jest naturalnym dopasowaniem do niezwykle wymagających przepustowości i precyzji wymagań branży e-mobilności i akumulatorów.
Spawanie w locie, szczególnie w połączeniu z technologią podwójnej wiązki i pomiarem spoiny w czasie rzeczywistym, jest skuteczną metodą spawania w zastosowaniach takich jak spawanie ogniw akumulatorowych z szynami, spawanie ogniw akumulatorowych z pokrywą do puszki, spawanie zimnych płyt akumulatorowych i spawanie płyt dwubiegunowych do ogniw paliwowych.
Przemysł motoryzacyjny: choć związany z przemysłem pojazdów elektrycznych, przemysł motoryzacyjny jako całość również korzysta z ulepszonych możliwości produkcyjnych oferowanych przez spawanie w locie. Spawanie OTF doskonale nadaje się do spawania elementów blaszanych typu body-in-white. Spawanie OTF jest również obiecujące w przypadku spawania różnych innych części samochodowych stosowanych w silnikach i skrzyniach biegów pojazdów.
Przemysł lotniczy i kosmiczny: wiele z tych samych korzyści, jakie oferuje spawanie OTF, można zastosować do szerokiej gamy spoin wymaganych w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Podobnie jak w branży e-mobilności, przemysł lotniczy często wymaga zarówno wysokiej wydajności, jak i wysokiej precyzji.
Produkcja ogólna: jako elastyczna metoda spawania stosowana zarówno do mikrospawania, jak i spawania strukturalnego, spawanie w locie jest dobrze dostosowane do wielu ogólnych zastosowań, które korzystają ze zwiększonej wydajności.
Rozpoczęcie spawania w locie
Technologia spawania w locie IPG jest kluczowym elementem wykorzystywanym w wysokowydajnych rozwiązaniach spawania laserowego. Chcesz dowiedzieć się więcej o tym, jak spawanie w locie może przynieść korzyści Twojej aplikacji?
Rozpoczęcie pracy jest proste - wyślij nam kilka przykładowych części, odwiedź jedno z naszych globalnych laboratoriów aplikacji lub po prostu opowiedz nam o swojej aplikacji.
