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激光拼焊板技术是基于成熟的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术。激光焊接的高能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点,使得激光拼焊板技术具有以下特点: 焊缝处的热应变值较低,热影响区小,通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需要的高能量,聚焦点的直径可以达到零点几个毫米,保留良好的材料成形性能; 焊缝较狭窄且平整,消除成形过程的不利影响,避免了破坏工具、模具的危险; 焊接生产效率高,能够实现高度自动化。 激光拼焊板生产设备主要有:传送装置、激光焊接设备、机械手、在线无损检测设备等。一般根据产量的不同,可以采用不同的设备组合。 激光焊接的主要工艺流程:卷料开平→落料→激光焊接→冲窝(如果需要)→堆垛包装 激光拼焊板技术优势: 采用激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益,如车身装配中的大量点焊,把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接,凸缘宽度需要16mm,而激光拼焊板无需搭接,点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材,节省的用量视采用拼焊板的数量而定;用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件,平均是20点/min,焊距是25mm,速度则为 0.5m/min,这会耗费相当的时间,采用激光拼焊板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提高。如此例子不胜枚举。 零件数量的减少,以及随之而来的生产设备和制造工艺简化,大大提高了生产效率,降低整车制造及装配成本;由于产品的不同零件在成形前即通过激光连续焊接工艺焊接在一起,因而提高了产品的精度,大大降低了零部件的制造及装配公差;通过部件的优化减轻了重量,电焊机出租从而降低油耗,处于环保时代,这一点非常重要;由于不再需要加强板,也没有搭接接缝,大大提高了装配件的抗腐蚀性能;通过消除搭接提高部件的耐腐蚀能力,大大减少了密封措施的使用;通过对材料厚度以及质量的严格筛选,在材料强度和抗冲击性方面给零部件带来本质的飞跃,同时改良了结构,在撞击过程中,可以控制更多的能量得到吸收,从而改良车身部件的抗击冲撞能力,提高车身的被动安全性;实现对材料性能的最充分的利用,达到最合理的材料性能组合;材料厚度的可变性以及其可靠的质量,保证了在对某些重要位置的强化改进可以顺利进行;焊机租赁对产品的设计者而言增加了产品设计的灵活性。 中国的激光拼焊板技术应用现在刚刚起步。2002年10月25日,中国第一条激光拼焊板专业化商业生产线正式投入运行,作为全球最大拼焊板制造供应商的德国蒂森克虏伯集团拼焊板有限公司在海外的第八家公司(在亚洲的第一家),武汉蒂森克虏伯中人激光拼焊电焊机租赁有限公司引进蒂森克虏伯公司生产的8kWCO2直线连续激光焊接生产线(Linearlaserweldinglines),并采用蒂森克虏伯拼焊板公司的全套专有技术和质量控制体系进行生产和工艺开发,该线最小工件间距为50mm,焊接速度可达10m/min,年生产能力可达20,000吨(一条线)。公司目前已为国内各大汽车生产企业提供配套服务。激光拼焊板不再依赖进口,给中国汽车制造2mm工程带来直接的好处,使完美的车身制造质量成为可能,将大大促进中国汽车零部件制造水平的提高。
激光焊接的市场占有率 与激光切割、加工、微处理以及打标应用相比,市场对激光焊接接受缓慢的原因尚有待探讨。TWI公司是一家专注于焊接研究、顾问并提供培训服务的公司,该公司激光技术与板材加工部项目总监Geert Verhaeghe说:“只有那些能够利用激光束的一个或多个特征(如高精度、热输入低(低畸变)、穿透深、速度快等)的应用,才特别适合使用激光焊接。客户经常就从弧焊加工改为激光加工向我们寻求咨询。我们始终认为,对加工过程应该整体考虑,产品的设计往往需要修改,以充分利用激光器的优点。” 此外,Verhaeghe说:“激光焊接的工业应用在很长一段时间内受到限制,原因在于它对工件放置的要求非常严格。”也就是说,由于激光焊接的光斑更小,因此要求待电焊机出租焊接的工件要极为贴近。“激光焊接用于高精度的齿轮焊接并不困难;但是要将几米长、8mm厚的板材对焊在一起就要困难得多了。目前有许多种补偿技术,包括填料(使用焊料)、双点(使用光学元件对光束进行分束,从而增大焊接覆盖区)以及迂回行进(沿接缝摆动光束)。我最赞同将激光焊接与弧焊相结合,这样能够同时利用两种方法的优点——即激光焊接的高速度以及弧焊的大熔池。” Verhaeghe认为,没有哪个制造商可以确保激光焊接一定比传统焊接具备经济可行性。“我们经常在客户投资之前为他们做技术-经济比较,” 他说,“这需要考虑可能影响运行成本的各种因素:包括激光器光源、冷却、维护/服务、操作以及耗材等。”他还指出,更加困难的是评估降低畸变以及减少返工 /修理所带来的“间接” 好处,而这些通常是高度可重复的激光焊接加工的最大优势。 当然,市场占有率也和地域有关。市场调研公司Frost & Sullivan的高级研究分析师Archana Chauhan认为:“在激光焊接设备的采用和供应方面,欧洲将继续引领业界前沿。”Miyachi Unitek公司激光产品经理Geoff Shannon认为:“各行各业仍然不同程度地缺乏对激光焊接的认识。欧洲拥有强大的激光市场,而且欧洲可能也拥有比其他地区更多的教育和研究机构致力于或提供激光加工,尤其是激光焊接。” 激光焊接的应用现状 目前,一些公司(如空中客车公司)已经使用激光焊接取代电阻点焊进行飞机机身结构的铆接,另外,奥迪、宝马和大众等汽车制造商,以及几个欧洲造船厂也已经采用了激光焊接技术。Meyer Werft 公司是在游轮与渡轮市场中表现活跃的一家公司,该公司目前使用激光和激光复合焊接技术,焊接钢夹芯板和常规加筋板。游轮及渡轮制造商Aker Yards公司使用激光气体金属弧焊(MAG)复合焊接技术制造平板。Blohm+Voss造船厂使用激光对常规加筋板进行焊接和切割。Odense Steel Shipyard公司也利用激光进行焊接、切割,以及对货运集装箱的钢铁组件进行打标等多种加工。 上述许多应用的一个共同点在于:激光的作用不仅仅在于焊接,还包括切割、打标等。如果激光能在某一特定应用场合实现双重甚至三重功能,那么它的价值定位就急剧升高。例如,汽车制造商戴姆勒使用扫描光学或所谓的“远程焊接”,引导稳定光束沿焊缝行进,或者将单束激光分成多束用于多种用途。戴姆勒公司生产与材料技术部门项目经理Holger Schubert表示,与传统的电阻点焊相比,扫描光学加工几乎可以将生产时间缩短80%。由于小直径激光束可以对汽车零部件进行点焊,不需要使用大的连接法兰,从而使汽车零部件更小更轻。 激光焊接除了在“宏观”或大型工业加工中获得广泛应用外,还在微焊接(小型号精密零件和光电子器件的精密焊接)领域一展身手(见图1)。“微焊接一般对应的是穿透深度小于1mm的焊接,”Miyachi Unitek公司的Shannon介绍说,“医疗市场可能是目前增长最快的领域,其中典型电焊机应用包括医疗仪器、焊缝密封可植入装置、导丝焊等。” 另外,微焊接甚至在珠宝首饰行业也发挥着一定作用。“大多数Nd:YAG激光宝石焊接机的工作能量范围在35~300J之间,光束宽度在0.2~2.0mm范围内可调。”Satow Goldsmiths 公司的Steve Satow说,“我对珠宝商们进行激光加工培训,要想手工稳定地实现焊接,并能准确地保证0.2mm的焊接深度,是需要一定经验的。值得一提的是,激光焊接能为珠宝商节约大量成本。” 非金属材料的激光焊接 虽然对于连接两种金属,激光焊接取代常规焊接技术是显而易见的,但激光焊接的最大优势可能在于连接塑料、聚合物以及其他非金属材料,传统上这些材料是通过加热元件或者超声波加工进行连接的。TWI公司拥有专利、并授权给光电子设备制造商Gentex 公司使用的Clearweld工艺,是激光焊接非金属材料的一个很好的例子。Clearweld工艺采用近红外吸收焊接材料,可以将激光能量转换为热量,实现高质量焊接。Gentex公司介绍说,Clearweld工艺的优点在于高焊接速度、无明显焊斑、热变形小、不同产品间的切换速度快,以及能同时对多层工件进行焊接。 图1. 微焊接应用。图中显示了将0.04英寸宽、0.0015英寸厚的铜丝带互连焊接到焊盘上。激光焊接使用的是功率为2W、波长为532nm的倍频Nd:YAG激光器,其光束直径为0.03英寸,脉宽为1.5毫秒。 除了使用Clearweld工艺焊接洁净塑料,以及加工处理更具挑战性的ABS型塑料外,bielomatik 公司还将光纤激光器应用于某些要求最严格的场合。 在防水服装和室内装饰品应用的纺织品连接方面,也正在探索使用激光焊接。两年来,欧洲共同体(EC)资助的自动激光焊接纺织品(ALTEX)项目,实现了涤纶面料、尼龙里料和透气膜这三层复合材料的连接,以及聚氨酯涂层材料和双面不干胶复合材料的连接。该项目使用的是功率为75W、波长为 940nm的六轴自动激光二极管焊接系统。项目协调员Ian Jones说,激光焊接能够以比手工缝合快4倍的电焊机租赁速度实现高致密性连接,并且抗水渗透和洗涤试验生存指标均超过当前的行业要求。ALTEX项目已于 2007年12月结束,但相关工作仍在欧盟的LEAPFROG项目中继续进行。 激光焊接甚至已经进入纺织行业。ProLas公司生产的TexWeld Duo是一种双激光焊接机,结合了直接、透射焊接和超声波焊接,能够实现服装、集装箱袋和工业用纺织品的连续缝合焊接。
助焊剂的红外扫描光谱图是扫面样子的?焊接用的助焊剂