激光焊接在廚具行業(yè)的應用

文/朱通，陸啟宇，王萬杰，吳豐華，冷志斌·江蘇亞威機床股份有限公司，江蘇省金屬板材智能裝備重點實驗室

近年來，激光焊接作為新型的焊接方式應用范圍越來越廣泛，尤其在激光器價格大幅降低之后，在某些領域激光焊接的應用如井噴式爆發(fā)。廚具一直是我們生活的必需品，隨著人們生活水平的不斷提高，日常的廚具也必須不斷滿足顧客的審美和個性化需求。廚具的分類簡而言之,一般由不銹鋼廚具、鐵質(zhì)廚具、陶瓷廚具、塑料廚具等組成，就拿不銹鋼廚具的焊接工藝來講，傳統(tǒng)的焊接技術很難達到理想的效果，且焊后處理工作量大，激光焊接技術的出現(xiàn)及推廣打破了這一僵局，讓廚具焊接工藝有了顯著突破。

激光焊接原理

激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形和高效率的焊接方法，在機械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學等方面得到廣泛應用，尤其以不銹鋼廚具為代表的廚具行業(yè)應用更是廣泛。

激光焊接是將具有高能量密度的激光束輻射至金屬表面，在激光與金屬的相互作用下，金屬吸收激光能量并轉化為熱能，金屬熔化后冷卻結晶形成焊縫。激光焊接具有焊接速度快、工件變形小、焊縫融合大、焊縫質(zhì)量好、焊后處理簡單等優(yōu)點，可以用于各種環(huán)境下焊接同種或者異種材料或者難熔材料。激光焊接示意圖如圖1所示。

圖1 激光焊接示意圖

在不銹鋼廚具的加工過程中，為了取得更好的焊接效果，越來越多的廚具企業(yè)采用激光焊接技術。焊接后，工件變形量小，后續(xù)處理工作量少，能夠得到非常美觀的焊接表面效果，可以大大減少拋光及整平工序的人工成本。

廚具行業(yè)中常用的激光焊接設備

在廚具行業(yè)中最常使用的激光焊接設備一般分為三種：雙工位機器人激光焊接單元、激光焊接專機和手持式激光焊接機。

雙工位機器人激光焊接單元

雙工位機器人激光焊接單元如圖2所示，由機器人、雙工位旋轉變位機、激光器、防護房等組成，采用人工上料的方式，實現(xiàn)內(nèi)部焊接、外部上下料，提高設備使用效率及生產(chǎn)效率。通常，旋轉變位機上配置可調(diào)整工裝夾具，滿足不同規(guī)格工件的焊接，通用性強。這種焊接單元主要適用于中大型且長焊縫較多的廚具工件焊接。

圖2 雙工位機器人激光焊接單元

激光焊接專機

激光焊接專機如圖3所示，主要由X、Y、Z三軸和旋轉軸、激光器、封閉式外罩等組成，采用人工上下件的方式實現(xiàn)工件的焊接。此焊接專機主要適合于小型且焊縫單一的廚具工件焊接。旋轉軸上配置不同工裝夾具系統(tǒng)以適應多種工件，柔性度較高。

圖3 激光焊接專機

手持式激光焊接機

手持式激光焊接機如圖4所示，主要由激光器、水冷機、手持式焊接頭等組成，占地面積小，上手快，對于操作人員要求較低。前期成本投入較少，且能很大程度上降低不銹鋼廚具焊接后的打磨工作量，因此手持式焊接機目前是小型廚具廠商的首選。

圖4 手持式激光焊接機

典型工件激光焊接工裝夾具設計思路

廚具行業(yè)使用激光焊接已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢，國內(nèi)部分廠商已經(jīng)將激光焊接應用在五金廚具焊接中，特別是抽油煙機、烘烤箱等大型廚具的外罩的焊接，大大提高了生產(chǎn)效率，取得了良好的焊接效果。下面以抽油煙機罩激光焊接為例來簡要分析工裝夾具設計思路。

抽油煙機的外罩模型和實物如圖5所示，抽油煙機罩一般由激光切割下料、沖壓成形，工件一致性保持較好。此類工件的工裝夾具設計思路一般為：

圖5 抽油煙機罩

⑴首先確定工件的擺放姿態(tài)，根據(jù)圖紙要求找出定位基準。由于機罩在沖壓成形后很松散，無法使用側邊作為定位，一般采取孔+大面的定位方式。

⑵確定焊縫數(shù)量以及焊接是否便捷。在保證工件尺寸的情況下，優(yōu)先完成長縫的焊接。短縫如果影響夾具設計，導致成本較多，需要結合成本與客戶溝通是否可采取后續(xù)補焊方式。

⑶確定焊接工裝夾具形式。根據(jù)客戶需求確定工裝夾具自動化程度，是采用手動夾緊，還是自動夾緊，亦或是手動夾緊和自動夾緊相結合。

⑷確保工裝夾具方便調(diào)節(jié)。為保證設計的工裝定位塊和夾緊塊方便調(diào)節(jié)，可采用調(diào)整墊片形式或者腰孔調(diào)節(jié)、銷定位等，以此來減少工裝夾具零件的返工量。

已在客戶現(xiàn)場正常使用的抽油煙機罩的手動夾緊工裝如圖6所示，由于客戶產(chǎn)量提升，根據(jù)客戶需求，又重新設計了氣動夾緊工裝用于提升工作效率，如圖7所示。

圖6 抽油煙機罩手動夾緊工裝

圖7 抽油煙機罩氣動夾緊工裝

結 束 語

任何一個行業(yè)從開始到結束基本要經(jīng)歷初始期、成長期、成熟期和衰退期四個階段，目前不銹鋼廚具行業(yè)正處于成長期，因此激光焊接技術在廚具行業(yè)的應用也在蓬勃發(fā)展，激光焊接設備的需求也在與日俱增。