什么是飞行激光焊接（OTF）？

飞行激光焊接（OTF on-the-fly），有时也称为扫描焊接，是一种自动化激光焊接工艺，它使用激光扫描系统在焊接工艺头或目标部件不断移动的情况下进行焊接。

有必要先研究一下其他常见的自动激光焊接方法，以了解即时焊接的基本原理。这些方法可视为 "停止-开始 "的激光焊接方法。

在一般情况下，"on-the-fly"一词指的是在不停止或中断整个过程的情况下动态、实时地执行任务。在自动化制造领域，"飞行"激光焊接体现了这一概念，它能在工件或焊接头保持运动的情况下实现连续焊接。

随着各行各业不断推动更快、更智能的生产，这种焊接方法在先进的制造环境中越来越受到重视。本文将解释什么是飞行激光焊接、它是如何工作的，以及它为制造商带来的主要好处。

高速

使用固定焊头进行停止和启动激光焊接

固定式激光焊接头是最简单也是最常见的激光焊接方法，它将光束直接引向光学镜片下方的固定位置。但也有一些例外情况，主要是设计用于 "摇摆焊接 "的焊头，这种焊头使用较小的视场来创建焊缝图案。

要进行大于横梁光斑尺寸的焊接或进行一系列单独的焊接，必须移动固定的焊接头或被焊接的部件。前者比较常见，因为比较容易实现。

更高的速度

使用扫描头进行 "停止-开始 "激光焊接

激光扫描头也称为扫描仪和振镜扫描头，使用振镜通过旋转一系列精心放置的反射镜来偏转激光束。这种设计使光束能够在宽视场中被引导或 "扫描"。这样，在扫描头和工件保持静止的情况下，扫描光学元件就能形成长焊缝、复杂的焊接图案和许多单独的焊缝。

扫描焊接通常用于电池焊接等先进的高产量应用。但是，虽然使用扫描头焊接可以减少系统必须停止的频率，但并不能完全消除这种需要。此外，在扫描头视野的边缘进行焊接会导致光束聚焦出现微妙的扭曲，这可能会在工艺窗口狭小的高精度应用中造成问题。

只使用扫描仪视野的一小部分，可以减少视野边缘面临的挑战。这样可以获得更均匀的焊点，但需要更频繁地重新定位扫描仪以覆盖焊接区域。重新定位扫描仪是一个相对缓慢的过程，会大大降低整体吞吐量。

非常高的速度

使用扫描头进行飞行焊接

幸运的是，激光扫描的功能可以进一步增强，以便在光学系统运动或部件在其下方移动时创建复杂的焊接图案。这种方法大大减少了系统必须停止的频率。

使用激光扫描头进行飞行焊接时，通常只使用视野的一小部分。换句话说，即使系统元件处于运动状态，光学镜组也主要保持在焊接目标的正上方。这实际上消除了将光束引向扫描仪视野边缘所造成的激光光斑特性失真。

由于飞行焊接可动态调整激光束的焦点和路径，因此这种方法还能自动考虑工件高度变化和三维工件几何形状，而无需改变扫描头与工件的相对距离。

飞行焊接的工作原理

在扫描仪或部件运动时进行焊接，光学系统产生的光束图案必须对运动进行补偿。这就需要对系统组件进行紧密集成。

对于电池焊接等高精度、高产量的应用，龙门式扫描仪组合通常是最佳选择。在此示例中，扫描仪控制器可跟踪扫描仪的位置和速度，并补偿光束轨迹，从而在正确的位置创建正确的焊接形状。传统的扫描仪焊接技术比较简单，只需从固定位置 "绘制 "所需的形状，而飞行焊接则必须根据实时计算，引导光束沿着与最终焊缝不同的路径进行焊接。

如上图左侧所示，扫描仪软件引导光束形成环形。右图所示的最终焊缝是理想的完美圆形。

飞行焊接的优点

01 提高效率和产量：

通过大幅减少所需的启动和停止次数，飞行焊接可有效消除用于改变部件或光学器件位置的非生产性时间间隔。对于必须焊接大量单个零件、对同一零件进行多次焊接或进行多次长时间连续焊接的生产线，采用飞行焊接通常可使生产率提高数倍。

02 更高的精度和可靠性：

实时焊接可持续计算和调整焊接参数，以考虑到连续运动。因此，激光束可以精确定位，同时保持最佳的光束特性。此外，由于扫描头使用的视场有限，焊接结果更加一致和可预测，从而更容易保持在狭窄的工艺窗口内。

03 灵活性：

当扫描头在运动时，可以使用飞行焊接，在这种应用中，必须在一个大型部件上进行许多单独的焊接，例如电池母线焊接。OTF 焊接也可在扫描头静止不动而许多较小部件在下面移动的情况下使用，例如焊接沿旋转传送带移动的单个电池单元。

此外，飞行焊接还可与三轴龙门架、笛卡尔系统运动以及机器人系统运动配合使用。

04 与其他激光焊接技术的兼容性：

飞行焊接可与其他可改变光束特性和监控焊接过程的激光焊接技术一起使用。

例如，飞行焊接可与双光束激光器兼容，从而提高焊接质量并减少飞溅。OTF 焊接还可与实时直接激光焊接测量集成，这是一种过程监控形式，可帮助制造商跟踪焊接深度等关键焊接特性。

飞行焊接的现有能力

就IPG开发的飞行焊接技术而言，其焊接速度已达到每分钟1,000 道焊缝，即使在焊接螺旋形等更复杂的焊接图案时也是如此。

IPG 实时焊接技术还与单模双光束AMB激光器和LDD 实时焊接测量独特兼容。

哪些行业和应用可受益于飞行焊接？

飞行焊接是一项相对较新的技术，但它能为各种行业和应用带来显著的生产率、质量和可靠性优势。

电动汽车和电池焊接：世界上一些大的电动汽车制造商都在使用OTF焊接，OTF焊接自然能满足电动汽车和电池行业对产量和精度的极高要求。飞行焊接，特别是与双光束和实时焊接测量技术相结合，是一种功能强大的焊接方法，适用于电池单元与母线焊接、电池单元盖与罐焊接、电池冷板焊接和燃料电池双极板焊接等应用。

汽车：虽然与电动汽车行业有关，但整个汽车行业也受益于飞行焊接带来的更高生产能力。OTF 焊接非常适合钣金部件的白车身焊接。OTF 焊接在焊接汽车发动机和变速箱中使用的各种其他汽车零件方面也大有可为。

航空航天：OTF 焊接的许多优点同样适用于航空航天工业所需的各种焊缝。与电动汽车行业类似，航空航天业通常要求高产量和高精度。

一般制造业：作为一种灵活的焊接方法，飞行焊接既可用于微焊接，也可用于结构焊接，非常适合于许多因提高生产率而受益的一般应用。

来源：IPG光纤激光器

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