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激光焊接行业的现状和前景
2020年09月28日    阅读量:724    新闻来源:中国机械网 okmao.com  |  投稿

随着越来越多的原始设备制造商(OEM)和车间对激光焊接的想法感兴趣,许多人将注意力转向了四种特定技术:


通常,当合适的应用进入他们的家门或试图替换MIG和TIG焊接时,越来越多的车间开始尝试并购买激光焊接系统。

激光焊接行业的现状和前景 中国机械网,okmao.com

Amada激光系统焊接0.250“不锈钢压力容器加热管


宾夕法尼亚州米德维尔的Alpha Laser销售经理Wes Wheeler说:“如今,已经进入了激光焊接的时代。传统上,激光焊接是由维修过程驱动的,例如工具维修和高价值维修中国机械网okmao.com。随着激光效率的提高,人们开始将其用于生产焊接。”


但是,有了市场上的所有选择,它可能“现在比三年前更加令人困惑”,康涅狄格州法明顿市Trumpf公司大功率OEM激光器的高级产品经理Tracey Ryba说。他指出,有许多OEM项目正在开发中,并准备好启动,这证明了激光焊接技术正在取得的进步。“不过,我认为我们才刚刚开始了解激光焊接技术的表面而已。”


激光焊接的主要优点是能够消除研磨和精加工等后处理步骤。


加利福尼亚州布埃纳帕克市Amada America Inc.的FLW产品经理Dan Belz说,归根结底,耐心地研究各种选择并学习它们可以做什么会大有收获。“如果您花时间了解它的作用和作用,那么它可以做到,这是惊人的。您可以查看一些零件,但不能确定它们是成形还是焊接的。”


使用多个ALFLak激光焊接机将插入的管子连接到孔中


Amada America改编了ENSIS激光切割系统中的预编程例程库,现在将其用于焊接。


在过去的六年中,包括Belz在内的三名技术人员组成的团队对公司的钣金焊接系统进行了完善,非常适合连接厚度达¼英寸(6.35毫米)的平台。该平台提供两种3kW选件:M3,配有15英尺(4.57米)的桌子,以及M5,带有两个18英尺(5.49米)的梭子桌子。


在这些系统上,Amada的ENSIS技术为用户提供了五种基本焊接条件,可将光束从超薄形状(用于较厚的钢和深熔)调整为较平的甜甜圈形状(用于弥合更大的间隙)。使用较扁平的形状还有助于摆动焊接。


Belz指出:“我们有很多客户可以焊接¼“的钢。这恰好在设备的驾驶室中-凭借我们的技术,3,000 W的功率已绰绰有余。我们适合钣金,甚至可以薄至0.020英寸(0.51毫米),如果需要,也可以使用填充焊丝。”


Amada的平台还擅长连接不同的材料:铜与不锈钢,铜与低碳钢,铜与Inconel以及Inconel与不锈钢。Belz和他的团队还完美地结合了用于特殊项目的钛丝进料。


“我们仍在进行实验,尽管我们获得的项目很多,但我们获得的项目机会并不总是那么多,因为客户向我们发送零件并要求我们焊接零件并教他们如何进行焊接。激光焊接。” 他补充说,这么忙,意味着Amada必须暂时搁置将铝焊接成不锈钢的尝试。


为了防止孔隙,Amada提供了两种类型的喷嘴,分别具有初级和次级流量,因此保护气体始终靠近激光束。Belz解释说:“随着材料的冷却,它仍然被气体覆盖,因此您可以消除孔隙。”


此外,“由于我们使用的波长以及速度,热影响区几乎不存在,”他补充说。“我们的大多数零件在焊接后都可以不用手套就可以处理。”


Trumpf的FusionLine技术是该公司的两种光束激光焊接技术之一。操纵内梁和外梁的功率有助于减少飞溅,同时提高焊接速度和质量


同时,Trumpf通过其BrightLine Professional软件为其光束光束技术为其OEM客户提供约40种配方。“这为他们提供了最常用材料的起点,” Ryba指出。“从那里,客户可以建立一个库并进行试验,以使其更好地发挥作用。” 该软件包括多种材料,厚度和焊接样式的设置。


光束中激光加工系统


继续受到关注的一个相对较新的概念是光束中激光加工系统的范围。作为该技术的先驱者,Trumpf提供了两种这样的解决方案:其激光技术部门的BrightLine Weld和其机床业务的FusionLine。环形技术和单光纤可用于大约三年前推出的TruLaser Weld 5000。


Ryba指出,通过同时使用内芯和外环梁,可以大大减少飞溅。这增加了工具和固定装置的寿命,并减少了清洁保护性盖玻片的需要,这意味着更长的正常运行时间。更重要的是,提高了焊接速度和质量,特别是对于铝和铜。


在铜上,外环的作用就像预热效果,可以更好地耦合芯梁。这样可提供稳定的焊接过程,尤其是在较低速度下,可进行深度穿透的焊接并减少70%至85%的飞溅。他说,通过在焊接前对铜进行预热,BrightLine的速度比单点光束快约10倍。使用铝,可以大大减少飞溅,并提高速度。Ryba表示:“我可以将功率提高到5 kW,并将焊接速度提高7倍,达到每分钟约35米”。“压配合和对接焊很好用,在钢上,您可以以相同的功率将焊接速度提高三倍。在铝到铜上,您可以获得更好的焊接质量。”


Ryba解释说,BrightLine的磁芯可按1%的功率增量进行调节,一个光束最大可调节90%,另一光束最大可调节10%。运营商还可以以100%的强度从一个核心切换到另一个核心。所有功率分配调整都在TruControl软件的一个窗口中进行。


在Trumpf的光纤激光器上,可用的内外直径为50-200μm,100-400μm和200-700μm。


在BrightDisk的TruDisk版本中,光学楔形块通过步进电机调整两个磁芯之间的功率分配。Ryba说:“我们发现30-70或60-40往往是最好的功率分配。”


他补充说,单光束和双光束之间的质量差异很明显。


Ryba解释说:“对于传统的单芯激光焊接,您可以使用平顶或圆形子弹形光束,这在进行较大点的重叠焊接时很常见。” “当您尝试更快地焊接时,锁孔变得不稳定,逸出的金属蒸气被阻塞,不得不推入熔池,并以飞溅的形式排出其中的一些熔体。” BrightLine提供半高斯中心,并在外边缘周围提供一个环。该环使锁孔保持打开和稳定状态。双芯梁的轮廓和焊接横截面类似于木螺钉形状,其中外圈的前侧用作预热或预熔,以提高型芯的耦合效率,而背面则使锁孔稳定以保持其开放。锁孔的稳定作用使金属蒸气得以无阻碍地逸出,从而将飞溅减少了70%至97%。


激光焊接产品经理Masoud Harooni补充说,当该技术用于Trumpf的FusionLine包装中时,车间便能够使用这种甜甜圈形状的图案来保留原始零件设计。在这种情况下,用户可以将更多的功率集中在外芯上,而不是集中在焊接间隙上。


关键解决方案


Harooni继续说,Trumpf通过其交钥匙的TruLaser Weld 5000进一步协助了商店。这些客户“依靠我们来帮助他们,并提供工艺参数以提高产量”。


Amada激光焊接系统在22号冷轧钢的机盖上执行8'(2.44 m)的焊接


该系统根据零件尺寸和数量提供多种配置,主要用于钣金应用。借助旋转式工作台,操作员可以在焊接另一个工件的同时装载和卸载物料。


“特别是在食品工业中,有很多好处,因为可见零件所需的后期处理量很大,” Harooni说。“我们的大多数潜在客户或现有客户都使用MIG焊接,并希望改用激光。他们用MIG焊接20分钟,然后花费35到40分钟进行磨削。借助激光焊接,无论从电池中获取什么,都可以直接进行涂层或其他处理,而无需接触。”


他补充说,基于功能和应用,该系统可以达到250至300 ipm的速度。对于较厚的结构零件,其好处在于预处理-例如,消除厚板的边缘以准备用于MIG焊接的零件。


脉冲焊接极限热输入


对于进行维修和生产工作的车间而言,脉冲焊接的灵活性受到限制,因为它具有限制热量输入的能力。Alpha Laser公司的Wheeler解释说,脉冲焊接“是一个宽容的过程”。“传统上,连续波激光器想要穿透;脉冲激光仍然可以穿透,但也几乎可以不穿透。” Alpha Laser系统(包括ALFlak系列)的脉冲时间范围为1到20 ms,正常范围为5到7 ms。


Alpha Lasers表示,其脉冲光纤和YAG激光器在提供低穿透率和低稀释率(基材和添加的填料之间的混合)方面表现出色。Wheeler指出,在一个将脉冲激光与TIG工艺进行比较的示例中,该激光执行了0.055英寸(1.40毫米)的焊缝沉积,焊缝下方的热影响区仅为0.008英寸(0.20毫米),焊缝稀释区为大约0.006英寸(0.15毫米)。“这是一个客户的测试,当我解释说激光的热量输入较低时,这是一个我不理解的客户。”他回忆道,“他们问TIG焊接出了什么问题,我说,'让我解释一下您对贱金属的用途。” ”


在扩大制造商对脉冲焊接的好处的认识方面,Wheeler强调了材料的灵活性。他解释说:“我们已经完成了从铜到不锈钢的所有连接。” 对于铍铜基体,“我们一直都在上面放不锈钢。我们已经处理了所有高端金属,Inconel和Stellites等超级合金以及铸铁。传统上,我们的世界是工具钢。我们看到的最大应用之一是使用任何类型的不锈钢,尤其是300系列不锈钢,这种不锈钢易于翘曲并且在激光下确实能很好地工作。”


经验丰富的激光焊机和多台机器对于满足维修需求至关重要


在更换TIG焊接装置方面,最新的Alpha Laser系统已出售给一家大公司的开关和控制部门,从而将报废率从15%降低到了3%,Wheeler补充说。如果我们能做到完美的话,这个比率应该更低。它将提供大量的价值,而之前和之后的工作量将减少(无需进行预热或后处理),并且应显着减少整个周期的时间。” 造纸行业的另一种应用是焊接长度为30'(9.14-m)的部件,内部装有6,000根管。甚至有人谈论单脉冲激光系统能够代替一对钎焊线。


激光焊接的优势


当橡胶撞击道路时,或更确切地说,当光束撞击金属时,一些商店正在建造令人印象深刻的激光焊接库。


大约10年前,宾夕法尼亚州米德维尔的Phoenix Laser决定使用德国的Alpha Lasers,并创立了Alpha Laser US作为公司的北美经销商。从那里,Phoenix从其工具和模具根部扩展到可以执行激光熔覆和硬化。惠勒指出,米德维尔曾经是世界工具和模具之都,在菲尼克斯总部半径50英里的范围内拥有约300家商店。如今,Phoenix已在四个地点进行了部署,包括在堪萨斯城,俄亥俄州的Cuyahoga Falls和印第安纳州的布鲁克维尔,其中分布着20多个激光焊接系统。


惠勒说,用激光进行的工具和模具维修“非常精确,热量输入极低,无需进行预热或后热”。“我们可以在10分钟内完成一部分。”


Phoenix最近在接缝上使用脉冲焊接在一些大型容器上进行了试运行。由于壁特别薄,因此有人担心TIG或CW激光连接会产生过多的热量输入。



Alpha Laser最忠实的用户之一是Chicago Welding and Fabrication,该公司最近购买了300 W装置。首席运营官Gary Wealther回忆说,Chicago Welding大约在15年前开始涉足激光焊接,但如今的机器往往有些不可靠。从模具维修开始,该业务将医疗焊接和生产焊接添加到其库中。



他指出,激光焊接的最初吸引力是受热影响的区域有限,并且没有“附带损害”,最终,“能够做其他事情无法做的事情。” 话虽如此,他指出,有些项目需要将TIG结合起来并在脆弱区域进行激光焊接。



Wealther回忆说,在最初使用较旧的系统经历了陡峭的学习曲线之后,他偏爱像Alpha Laser这样的公司,它们“可以帮助您做所有事情”。由于芝加哥焊接工艺零件的精密性,“我们在显微镜下进行焊接”,甚至还有一个微处理室。由于脉冲YAG激光的多功能性和精确性,他的公司可以加工诸如要求苛刻的医疗部件,这些部件采用特殊的不锈钢制成,并会通过TIG焊接变形。



他补充说,尽管激光焊接的速度较慢,但您不会变形,不会发热。因此,随着工作的进展,找到适合激光器功能的合适设备对于为客户提供最快,最经济和最佳解决方案至关重要。当工作正确时,他的300瓦Alpha Laser可以完成工作。他说:“我们绝对喜欢那台机器。”



经过长时间的精炼和提高了Amada薄板焊接系统的极限,贝尔兹热衷于为较小的工厂提供建议,以使其适合于加工过程。他回忆说:“我们从一开始就认为我们的客户中有99%是OEM。” 然而,事实证明,“我们的大多数客户是进行大量焊接的车间”,尽管他名单上的下几个安装是针对OEM的。“原始设备制造商花了更长的时间来适应它,但是现在看到了好处。”



在制造商队伍中,他指出了两种类型:焊接车间和焊接车间。



前者“可能正在焊接其产品线的90%。他们有焊工,他们了解焊接,他们很容易合作,因为他们会看到我们在做什么-他们会明白。我们进来,安装,给他们一些培训,然后他们会踢出我们,说:'我们需要您时会给您打电话。'”



但是对于焊接车间来说,“这对他们来说是一个痛苦的领域,因为他们无法找到焊工,或者他们在后处理上花费了太多时间。” 为了使这些客户满意焊接,“我们会检查他们的零件并查看他们的CAD,并进行一些修改以使其更紧密,更合适。”



Belz继续说,重新设计的步骤对成功至关重要。“我们有很多客户想要学习如何设计以优化激光焊接。其他公司则拥有现有的产品线,我们希望了解哪些零件或零件给您带来最大的痛苦。他们通常有很多。”



在起草,测试,证明和安装焊接过程之后,几乎所有的后处理过程都将被消除。零件可以“直接到喷漆房:不再打磨焊缝”。最后,“有些客户希望将其用于特定的部件,而别的什么都不用,而其他客户则希望将其用于所有部件。您必须对其进行分类。”



值得注意的是,去年,美国国家标准技术研究院公布了其为期三年的项目,旨在收集有关激光焊接最基本方面的数据。计算机建模人员正在使用该数据来创建激光焊接模拟,以使制造商对过程进行更多控制。



该项目阐明了一个关键点:尽管在许多行业都取得了长足的进步,但激光焊接(尤其是在控制飞溅,裂纹和孔隙率的同时最大程度地提高产量)仍是一项正在进行的工作。



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