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焊接变得更加紧凑和干净

焊接变得更加紧凑和干净 2011年12月04日 来源： 就视觉冲击而言，塑料焊接自动化操作永远无法与焊花飞溅的机器人金属焊接的景象相比。但是如果说到自动化种类的多样性和工艺效率，塑料焊接却可能从自动化中获得惊人的收益。在塑料焊接的众多方法当中，超声波焊接和尚未经过大量检验的激光焊接尤其适合于占地面积小、工具配置少的自动化应用领域。

被焊接在汽车门板上的销栓

在过去的十年当中，使用超声波焊接技术的用户最关心的是焊接质量和焊接数量这样的基本问题，他们希望达到零次品率以实现高产量。根据焊接部件的不同，目前的生产速率可以达到30~360件/min，照此推算年产量最多可达1亿件。实现焊接的高产量离不开焊接自动化技术，而焊接自动化技术的实施需要两个条件，即部件的适当设计和设备的适当选择。Branson Ultrasonics公司的全球产品经理Sylvio Mainolfi认为，成功的自动化操作需要部件的设计具有良好的、可重复的对齐特征。同时它还需要合理的自动化系统类型，不管是旋转台、传送带、机器人、台板式还是旋转木马型，都要适用于热塑性塑料部件的焊接、栓接、承插、旋锻或密封。自动化设备占地更小过去，人们希望拥有占地面积很大的自动化加工生产线。不过随着时间的推移，人们已开始意识到了空间面积的昂贵性，因此人们开始寻找小型自动化系统，以便配置更小的自动化生产线。在这样的背景下，人们对于小型超声波焊接自动化设备的需求变得越来越大也就不足为奇了。Mainolfi说道：“现在的流行语是‘微型化’，不管是大型（5英尺长的仪表板）还是小型（一次性剃须刀片），也不管是每秒3道、4道甚至6道焊缝的焊接应用，都表现出了对于更小尺寸的自动化系统的兴趣。”

Branson Ultrasonics公司的这个机器人工作站帮助一家欧洲制造商避免了在多重超声波焊接工具上的投资。使用一个旋转台和仅仅两个超声波单元，机器人就可在7s的时间内在一个汽车前门板和一个后门板上完成80多个销栓的焊接

为了达到超声波焊接系统小型化的要求，可通过使用更小的超声波发射器而大大减小整个系统的尺寸。例如，Branson Ultrasonics公司的超声波焊接系统通过搭载其2000系列“微型（长393mm，宽66mm，高144mm）”或“小型”超声波发射器，可以进行40kHz频率的焊接，完全满足电子和医疗器械等领域的用户对于小尺寸自动化系统的需求。据Mainolfi介绍，一种用于一次性医疗器械的大型旋转台式自动化系统最近刚刚投入使用，它至少拥有11个这样的微型超声波发射器。将发射器内基本的超声波组与自动化系统连接是另外一个减小超声波焊接系统尺寸的途径。由于超声波组（变频器/频率放大器/天线）从根本上说是一个工具，因此其操作可完全等同于自动化设备中的其他工具。超声波组与自动化系统的连接方法有两种，一种是把超声波组安装在机械手臂的臂端，使其成为机器人工作单元的一部分。此时，焊接工具围绕塑料部件转动，并定时停下来点焊或形成一个销栓。另一种方法是将焊接工具固定，然后用凸轮固定一个夹具，以夹住部件。这种配置一般用于较为常见的食品包装袋的焊接。高度自动化的激光焊接与传统的塑料焊接方法相比，激光焊接是高度自动化的。为了保持一致性和焊接质量，操作人员不但不能介入焊接区域，而且也不能在焊接机中装卸部件。激光光束通过镜子或者机器人自动导向到塑料部件，或者部件在固定不动的激光光束下面自动移动。Dukane Intelligent Assembly公司的Tom Kirkland介绍说，虽然高度自动化的激光焊接流程决定了较高的设备投资，但是这些投资会通过减少的加工量和更高的灵活性而得到回报。激光焊接与其他任何一种塑料焊接方法相比的主要优势之一是，如果在许多机器人上面安装焊接工具，那么单个部件的加工成本会非常低。激光焊接在多种部件的加工中也具有优势。激光焊接时没有振动，没有剩余热量（激光被有效地转化为熔化塑料的热量）。这使它非常适合精密组件如汽车气囊传感器的装配。对于这种对震动异常灵敏的元件（决定气囊何时展开），如果采用超声波焊接，会严重降低它的灵敏性，因此使用激光焊接是装配汽车气囊传感器的惟一选择。另外，激光焊接很干净，不会产生焊花或焊粒。这一点对于汽车照明灯来说非常具有吸引力，因为车灯对焊缝的外观有着较高的要求。激光焊接工艺的灵活性在于设备本身“对软件的依赖性”，如激光焊机可以根据部件的大小设定尺寸。通常，如果一台设备对软件的依赖性强，对硬件的依赖性小，那么使用该设备生产单个部件的成本就会很低。因此使用激光焊接可以使加工商用很短的时间来设置新的工艺，从而大大提高了生产效率。不过Kirkland 也承认，激光焊接设备的价格确实不斐，必须通过大量的生产才能收回最初的投资成本。然而激光焊接的可编程性和低加工成本可以很好地对高投资进行补偿。用于所有的颜色以前人们对激光焊接有一句非常著名的评语，就是“你可以焊接任何颜色的部件，只要它是深色的”。因为只有深色材料才能吸收激光能并使之转化为与其他材料焊接的热量，所以使用激光焊接时必须要求每个组件中至少有一个部件是由可透激光的塑料材料组成的。目前，材料供应商们正在开发可以对各种颜色组合的热塑性塑料进行焊接的着色剂和涂层。Kirkland认为，对塑料着色的工艺正在随着激光焊接的需求而变化，这也许是近1、2年里塑料激光焊接相关技术的最大发展。目前，Gentex和BASF等树脂供应商以及色母粒供应商Treffert都拥有允许几乎任何有色塑料被配制成半透过或者吸收激光的材料的技术。他们甚至还在挑战长久困扰激光焊接的颜色:白色。(end)

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