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    采用氦氣、氬氣氣體激光焊接來降低汽車制造成本

    2016-11-14 14:52:58

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       目前競爭激烈的汽車市場中有著對速度的急切需求。而從消費者方面來說,他們更為關心的是馬力。然而,在制造業中,速度就是生產量和生產率的全部。美國汽車制造商們由于眾多的原因,包括了車身設計,認知品質還有擁有成本等,正在逐步失去其市場份額。
      雖然關于車身設計的討論并不在本文的考慮范圍內,然而,提高質量和生產率的策略卻是討論的重點。這兩者都能通過混合加工技術來實現,這項技術將激光焊接與傳統金屬極氣體電弧焊(GMAW)結合起來進行焊接。
      激光參數,比如波長,光束質量,光斑大小,功率密度,焦深,以及光束定位等等,對于成功進行焊接都是十分關鍵的。其他參數還包括對GMAW能量源的常規補充和脈沖傳遞,GMAW金屬絲的定位,接觸的角度,以及金屬線的化學性質。此外,基底材料氧化物表面情況,對接處的設計,焊縫寬度以及保護氣體類型和流量也給混合焊接工藝的質量和性能帶來了影響。
      下面將詳細的介紹氣體的選擇對許多方面的影響,這些方面包括了激光光束相互作用,防護效率,焊珠性能,以及用來傳輸標準的氣體混合物和流量的設備。
      混合的激光加工技術將一個二級能源合并到焊接池區域?;旌霞庸ぜ夹g使得激光焊接的優勢得到具體化,這些優勢包括了焊接速度得到提高,熱影響區域受到限制,焊接的接縫變窄同時具有精良的焊道外形。GMAW作為二次能源,它提高了總體的加工能量效率,降低了裝備成本的同時還提高了焊接縫隙的能力,此外,它降低了冷卻速率,同時改善了鋁的能量耦合效率。
      其次,盡管設備更加復雜,但是通過減小進行焊接所需要的諧振腔的尺寸,GMAW的供能成本就降低了,從而降低了整個機器的成本。根據所要的結果可以決定GMAW焊絲進給位置在激光光束之前或之后。利用拖尾式的GMAW焊絲進給方式可以實現較高的焊接速度。GMAW焊絲被送入激光產生的熔融焊池中,這樣熔融焊絲所需要加入的二次能量就降低了。
      此外,當填充焊絲到達尾部時,GMAW的電弧產生等離子體,蒸發了基底材料,從而在焊接池的前邊緣處產生了凹陷。在熔融的焊接池內的此凹陷降低了激光光束必須穿透的總深度,從而改善了穿透性能。已有資料很好的證明了,從匙孔或者焊接區域排出的蒸汽粒子會導致激光光束的衰減(散射和吸收),從而降低與基底材料耦合的光束能量。1激光光束的散射和吸收降低了焊接的速度和深度。2膠層決定了粒子越大,衰減效應就越嚴重。
        氦氣保護氣體帶來最小的平均蒸汽粒子大小。這說明了對CO2或YAG激光焊接來說,純氦是控制粒子大小的最佳選擇。我們必須承認,氦氣與氬氣相比,確實有比較高的電離率和較低的等離子體形成電壓,但是它的分子重量較小。因此,氦保護氣需要較大的流速,以保證有效的將激光光束路徑上的金屬蒸汽排出。由于氦氣的單位成本高于氬氣,因此,這就增加了焊接過程中平均每英尺成本。
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