激光焊接在厨具行业的应用

文/朱通，陆启宇，王万杰，吴丰华，冷志斌·江苏亚威机床股份有限公司，江苏省金属板材智能装备重点实验室

近年来，激光焊接作为新型的焊接方式应用范围越来越广泛，尤其在激光器价格大幅降低之后，在某些领域激光焊接的应用如井喷式爆发。厨具一直是我们生活的必需品，随着人们生活水平的不断提高，日常的厨具也必须不断满足顾客的审美和个性化需求。厨具的分类简而言之,一般由不锈钢厨具、铁质厨具、陶瓷厨具、塑料厨具等组成，就拿不锈钢厨具的焊接工艺来讲，传统的焊接技术很难达到理想的效果，且焊后处理工作量大，激光焊接技术的出现及推广打破了这一僵局，让厨具焊接工艺有了显著突破。

激光焊接原理

激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形和高效率的焊接方法，在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学等方面得到广泛应用，尤其以不锈钢厨具为代表的厨具行业应用更是广泛。

激光焊接是将具有高能量密度的激光束辐射至金属表面，在激光与金属的相互作用下，金属吸收激光能量并转化为热能，金属熔化后冷却结晶形成焊缝。激光焊接具有焊接速度快、工件变形小、焊缝融合大、焊缝质量好、焊后处理简单等优点，可以用于各种环境下焊接同种或者异种材料或者难熔材料。激光焊接示意图如图1所示。

图1 激光焊接示意图

在不锈钢厨具的加工过程中，为了取得更好的焊接效果，越来越多的厨具企业采用激光焊接技术。焊接后，工件变形量小，后续处理工作量少，能够得到非常美观的焊接表面效果，可以大大减少抛光及整平工序的人工成本。

厨具行业中常用的激光焊接设备

在厨具行业中最常使用的激光焊接设备一般分为三种：双工位机器人激光焊接单元、激光焊接专机和手持式激光焊接机。

双工位机器人激光焊接单元

双工位机器人激光焊接单元如图2所示，由机器人、双工位旋转变位机、激光器、防护房等组成，采用人工上料的方式，实现内部焊接、外部上下料，提高设备使用效率及生产效率。通常，旋转变位机上配置可调整工装夹具，满足不同规格工件的焊接，通用性强。这种焊接单元主要适用于中大型且长焊缝较多的厨具工件焊接。

图2 双工位机器人激光焊接单元

激光焊接专机

激光焊接专机如图3所示，主要由X、Y、Z三轴和旋转轴、激光器、封闭式外罩等组成，采用人工上下件的方式实现工件的焊接。此焊接专机主要适合于小型且焊缝单一的厨具工件焊接。旋转轴上配置不同工装夹具系统以适应多种工件，柔性度较高。

图3 激光焊接专机

手持式激光焊接机

手持式激光焊接机如图4所示，主要由激光器、水冷机、手持式焊接头等组成，占地面积小，上手快，对于操作人员要求较低。前期成本投入较少，且能很大程度上降低不锈钢厨具焊接后的打磨工作量，因此手持式焊接机目前是小型厨具厂商的首选。

图4 手持式激光焊接机

典型工件激光焊接工装夹具设计思路

厨具行业使用激光焊接已经成为一种发展趋势，国内部分厂商已经将激光焊接应用在五金厨具焊接中，特别是抽油烟机、烘烤箱等大型厨具的外罩的焊接，大大提高了生产效率，取得了良好的焊接效果。下面以抽油烟机罩激光焊接为例来简要分析工装夹具设计思路。

抽油烟机的外罩模型和实物如图5所示，抽油烟机罩一般由激光切割下料、冲压成形，工件一致性保持较好。此类工件的工装夹具设计思路一般为：

图5 抽油烟机罩

⑴首先确定工件的摆放姿态，根据图纸要求找出定位基准。由于机罩在冲压成形后很松散，无法使用侧边作为定位，一般采取孔+大面的定位方式。

⑵确定焊缝数量以及焊接是否便捷。在保证工件尺寸的情况下，优先完成长缝的焊接。短缝如果影响夹具设计，导致成本较多，需要结合成本与客户沟通是否可采取后续补焊方式。

⑶确定焊接工装夹具形式。根据客户需求确定工装夹具自动化程度，是采用手动夹紧，还是自动夹紧，亦或是手动夹紧和自动夹紧相结合。

⑷确保工装夹具方便调节。为保证设计的工装定位块和夹紧块方便调节，可采用调整垫片形式或者腰孔调节、销定位等，以此来减少工装夹具零件的返工量。

已在客户现场正常使用的抽油烟机罩的手动夹紧工装如图6所示，由于客户产量提升，根据客户需求，又重新设计了气动夹紧工装用于提升工作效率，如图7所示。

图6 抽油烟机罩手动夹紧工装

图7 抽油烟机罩气动夹紧工装

结 束 语

任何一个行业从开始到结束基本要经历初始期、成长期、成熟期和衰退期四个阶段，目前不锈钢厨具行业正处于成长期，因此激光焊接技术在厨具行业的应用也在蓬勃发展，激光焊接设备的需求也在与日俱增。