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淺析氬弧焊被激光焊接技術工藝取代的幾大要素
傳統的焊接一般采用就是氬弧焊,而且應用了很長的一段時間,現在還存在一些小型作坊仍在使用此類焊接方式, 但是工業技術以及生產質量效益要求日益增高,此類傳統的焊接方式己經跟不上工業生產的需求,因此,激光焊接 技術設備工藝的出現,能很好解決生產的需要。
那么,是什么原因會讓激光焊接技術替代鎢極氬弧焊的呢?下邊新華鵬激光工程師繼續為大家分析。
一、焊縫性能。
在基本材料上,任何技術產生的焊縫都有三個基本區域——熔區、熱影響區和過渡區。激光焊接由于其快速冷卻率 ,產生的焊縫更窄,這是一個優點, 因為這造成基本材料的變形更少,熱降解更低。但是,在焊接高碳鋼時,快 速冷卻也會成為一個問題,尤其是預計到隨后的循環負荷。在這種情況下,熱影響區將變得過硬,易龜裂。通過選 擇合適的激光光源、確定焦點尺寸以及其它焊接參數等細致的技術開發能夠解決這一問題。某些情況下, 甚至需 要預熱或焊后加熱。因此,相較于其它技術,激光焊接能夠更好地焊接“棘手”鋼材。
將用于輕便型汽車構造的高強度鋼都是使用激光焊接,從而保持其強度和可塑性,這與常規焊接截然不同,常規焊 接會破壞這些鋼材的獨特微觀結構, 并且將鋼材的機械性能降至和普通低碳鋼水平。
二、焊接速度
通常這類生產線最重要的參數是生產速度,而生產速度是受焊接工藝和最后切割情況的限制。來看一下最常見的焊 接光束配置:對頭鏈接1毫米厚的材料。運用激光焊接,很容易達到10 m/min的焊接速度,這比常規TIG焊接要快 很多,卻要比感應焊接慢。但是,在甚至更厚的材料上激光焊接也可以達到這一速度,這主要取決于激光功率和投 資預算。目前,在一個已經安裝好的生產線上,激光焊接速度已經超過20 m/min。
三、焊縫質量
另外一個問題是焊縫質量及其在長期生產過程中的穩定性。通常,激光焊縫的質量更好,表面變形更少,氧化率更 低等。在根側的焊接飛濺是有限的, 其下方甚至不需要使用保護氣體。焊接固定質量也是選擇激光焊接最為重要 的一個理由。
但是,正確地設定激光加工工藝則要復雜得多,因為這一工藝是一個小光點快速移動,因而無法手動對工藝波動或 瑕疵做出反應。設備供應商必須將焊接系統制造得盡可能堅固耐用,從而能夠長期保持穩定和正確的設置,即使是 在惡劣的工業環境中。
安裝一套焊縫質量檢查系統大有裨益,因為它能夠檢查焊縫的幾何結構以及/或者焊接工藝的穩定性。通常此類系 統必須學會識別運作正常情況下的焊縫結構,這需要花費一些時間。但是隨后,操作員可以進行100%的即時質量 檢查,這是一項很大的優勢,在某些時候甚至是“必須”。
四、熱輸入/能耗
常規焊接和激光焊接最大的不同在于,激光焊接的整體熱輸入要低。造成這一結果的原因是激光光束制造出狹窄的 焊接接縫并將能量從光束上快速傳至材料。我們估算了在厚度為1mm的高強度鋼上進行焊接的能量輸出,使用激 光焊接的話,約為15 J/cm,使用常規焊接則至少60 J/cm, 而使用熔化極氣體保護焊接為85 J/cm。
這一估算結果對于計算運算結果極為重要,并對焊縫的機械性能產生重要影響,這通常在激光焊接時會產生更好的 效果,但是快速冷卻材料或焊接的速度如果過高,也會導致意想不到的問題。
五、保護氣體
激光焊接系統據稱只要從上方使用普通氙氣。氦或者混合氣體具有某些優勢,但是成本更高。這可能看起來是一個 小問題,但是氣體價格對于不同技術甚至不同的激光系統的整體運行成本來說極為重要。
對于普通低碳鋼或不銹鋼來說就不需要背面保護氣體。
六、運行成本
在比較焊接1.5毫米厚度的低碳鋼圓管時,合計了能耗和保護其他的成本, 折舊、人員和服務成本未計入在內,結果如下:
焊接類型 焊縫
高頻線圈焊接----------$0.75
TIG焊接---------------$0.75
等離子焊接------------$0.75
CO2激光焊接-----------$0.75
光纖激光焊接----------$0.75
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