憑借更快的處理速度和更高的焊接質(zhì)量，激光焊接可能將快速占領(lǐng)整個(gè)焊接加工工藝領(lǐng)域，你是這樣認(rèn)為的嗎？然而，答案則是：傳統(tǒng)的焊接工藝仍將繼續(xù)統(tǒng)治焊接加工工藝市場(chǎng)。并且，取決于不同的選擇、用法和工序，傳統(tǒng)焊接技術(shù)可能永遠(yuǎn)不會(huì)消失。但是，在現(xiàn)在焊接加工市場(chǎng)中，傳統(tǒng)焊接和激光焊接的利弊將會(huì)給市場(chǎng)帶來(lái)什么呢？
傳統(tǒng)焊接方式仍然會(huì)是十分流行的焊接加工方式。廣義上來(lái)講，工業(yè)上通常使用三種傳統(tǒng)類型焊接，分別是MIG（金屬惰性氣體保護(hù)焊接），TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)焊接）和電阻點(diǎn)焊。在應(yīng)用電阻點(diǎn)焊時(shí)，兩個(gè)電極壓制要在它們之間接合的零件，迫使大電流通過該點(diǎn)，使零件材料的電阻產(chǎn)生把零件焊接在一起的熱量，電阻點(diǎn)焊是汽車行業(yè)，尤其是在白車身焊接上的主流手段。而激光焊接在傳統(tǒng)焊接方面的機(jī)會(huì)也在于此，其最大市場(chǎng)為作為電阻點(diǎn)焊的代替，應(yīng)用于白車身焊接上。Trumpf的FusionLine具有激光輔助的焊絲，可將更多物質(zhì)引入焊縫，彌合最大1毫米寬的間隙。
市場(chǎng)熱衷于MIG（金屬惰性氣體保護(hù)焊接）
為什么MIG長(zhǎng)久以來(lái)始終占據(jù)市場(chǎng)？因?yàn)椋B續(xù)送絲損耗是非常大的，因此，MIG在焊接過程中增加了材料并增強(qiáng)了焊縫，使其非常適合（零件垂直的）角焊。雖然，自生激光可將兩種母體材料融合在一起，讓激光也可以進(jìn)行角焊，但是使用激光焊接的零件和其他零件相比，精度和精密度必須嚴(yán)格一個(gè)數(shù)量級(jí)。
在圓角上進(jìn)行MIG焊接時(shí)，公差至少為線徑的正負(fù)一半，通常需要預(yù)留更大范圍供其選擇。同樣MIG可應(yīng)用于其他類型的焊接工藝窗口要比激光大很多。換句話說，使用MIG焊接，零件不必像自發(fā)激光焊接那樣精確，固定裝置也不必確保幾乎完美的配合。
MIG焊接也更易于自動(dòng)化應(yīng)用，只需控制行進(jìn)速度，電壓，安培數(shù)，割炬角度和工作角度，此外，就算精度只有激光焊接的一半，MIG焊接仍然能得到良好的焊接效果。與之相比，自動(dòng)化激光焊接需要其使用的機(jī)器人具有出色的路徑精度和可重復(fù)性，并且需要控制焊接過程中的可能產(chǎn)生的更多因素。TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)焊接）在這方面是相似的。
這并不是意味著自MIG自動(dòng)化焊接非常容易，是任何人都可以做到的。MIG焊接也仍然需要專家來(lái)進(jìn)行編程和診斷問題。
經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)證據(jù)，傳統(tǒng)焊接已廣為人知。我們知道如何來(lái)預(yù)測(cè)焊接結(jié)果，從而交付焊接結(jié)構(gòu)所需的接頭。盡管對(duì)行業(yè)來(lái)說，我們擔(dān)心的一個(gè)真正的問題是由于人口老齡化及生育率下降帶來(lái)的熟練工人的短缺，但是現(xiàn)在行業(yè)中仍然存在著大量經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工，技術(shù)人員和工程師，他們都對(duì)傳統(tǒng)工藝的管理非常熟悉。對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品來(lái)說，MIG焊接是一種簡(jiǎn)單，廉價(jià)的解決方案，且能夠提供不錯(cuò)的效果。
即使MIG焊接系統(tǒng)和TIG焊接系統(tǒng)的前期成本通常低于激光焊接系統(tǒng)，然而，激光器的成本一直在下降，并可見性地將持續(xù)下降。因?yàn)榧す馄鞯某杀敬蠹s是激光焊接系統(tǒng)成本的三分之一至一半，所以根據(jù)其焊接能力而定的成本將每年下降10-15％。
然而激光加工頭比傳統(tǒng)的加工頭更昂貴，用于激光傳輸光纖也十分昂貴，維護(hù)激光光學(xué)元件更是不在話下。例如，激光光學(xué)元件用必須“不透光”，和4''（101.6毫米）厚的壁才可以承受10分鐘的直接照射而不會(huì)燒穿。（激光不會(huì)聚焦在4''[101.6毫米]厚的深度上。）而TIG和MIG系統(tǒng)可以用允許有差距便宜的金屬板屏蔽。
另一方面，如我們將看到的那樣，當(dāng)考慮到吞吐量和單件成本的差異時(shí)，激光加工則通常會(huì)獲勝。對(duì)于TIG焊接來(lái)說尤其如此，因?yàn)門IG焊接的過程非常緩慢，且需要很高的技術(shù)操作水平，因此使用起來(lái)非常昂貴。出于這個(gè)原因，TIG焊接在很大程度上局限于工業(yè)食品設(shè)備、電器，以及一些精密組件的制造上。但是，如果需要大量生產(chǎn)這些零件時(shí)，激光系統(tǒng)上的投資回報(bào)率則會(huì)“壓倒一切”TIG焊接，因此在需要大量加工的情況下，激光焊接可以代替。
來(lái)自位于美國(guó)伊利諾伊州霍夫曼莊園的通快集團(tuán)分公司的激光焊接產(chǎn)品經(jīng)理MasoudHarooni表示，即使使用TIG焊接，也無(wú)法為食品加工和其他對(duì)外觀有至關(guān)重要的要求的應(yīng)用提供令人滿意的表面，而激光焊接的表現(xiàn)則令人滿意。此外，焊縫可見的激光焊接速度則比TIG焊接要快兩到三倍。如果您在冰箱或類似零件上看到一個(gè)漂亮的表面，則說明它是被后續(xù)研磨加工過或采用激光焊接方式加工。
推進(jìn)采用激光焊接的趨勢(shì)
當(dāng)下，美國(guó)制造業(yè)的選擇趨于保守，所以如果沒有特定問題要解決，則選擇成本最低，功能最強(qiáng)大，最基礎(chǔ)的解決方案。因此，人們只有在MIG焊接不起作用或嫌棄TIG焊接太慢時(shí)才會(huì)將目光投向激光焊接。而批量TIG焊接要么已經(jīng)轉(zhuǎn)移到國(guó)外，要么已被激光替代。那么，激光焊接對(duì)MIG焊接的挑戰(zhàn)在哪里呢？
焊接冶金或結(jié)構(gòu)損壞是一個(gè)主要的問題，這可能是由MIG焊接時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，且過程中廣泛的傳遞到零件中的熱量以及較長(zhǎng)的冷卻周期造成的。相反，因?yàn)榧す饪梢杂脴O小的光束傳輸熱能，并僅熔化局部區(qū)域，總熱量輸入比MIG要少得多，而且零件冷卻非常快，從而將變形和焊接冶金影響降至最低。
通快美國(guó)激光焊接產(chǎn)品經(jīng)理Harooni提供了一個(gè)有用的類比：“想象將一瓶水放在沙灘上，與針相比，如果你在瓶子上放5磅重量，瓶子并不會(huì)插進(jìn)沙子里，然而即使您只在針上放幾盎司，針也會(huì)插進(jìn)沙子里。在這里，您應(yīng)用的重量是熱量，瓶子是MIG焊接，針則是激光焊接?！?/span>
與MIG焊接相比，激光將熱量傳輸減少了大約85％，焊縫中的殘余應(yīng)力與熱量輸入成正比。投入的熱量越多，則產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就越大。這意味著屈曲，變形和收縮，以及當(dāng)您將該零件制成零件并將其裝配到結(jié)構(gòu)或車輛中時(shí)所有這些會(huì)導(dǎo)致噩夢(mèng)的問題。
零件越大，單個(gè)殘余應(yīng)力變得越小，則宏觀變形會(huì)變得非常昂貴，以后很難修復(fù)。這是試圖“輕量化”其產(chǎn)品的客戶的主要考慮因素。此外，一些合金在加熱時(shí)會(huì)偏析或改變性能，或者晶粒結(jié)構(gòu)以不希望的方式生長(zhǎng)。在許多此類材料中，如果先熔化然后冷卻焊縫，則晶粒結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)會(huì)有所不同。
“最新一代的高強(qiáng)度鋼”通過復(fù)雜的熱處理工藝獲得了很多優(yōu)勢(shì)。但當(dāng)您在較低的冷卻速率下熔化并固化它們時(shí)（例如在MIG焊接中），所有他們的優(yōu)點(diǎn)則都會(huì)消失。而激光則可以幫助維持材料的母體強(qiáng)度。”
另一個(gè)例子，出于浮陰極問題，因?yàn)殡娀〔环€(wěn)定，所以MIG焊接鈦很困難。因此，激光焊接鈦是一個(gè)完美的選擇。對(duì)于6000系列鋁，問題則是在于熱裂紋。熱裂紋是硅化鎂遷移到晶界的現(xiàn)象，因此如果可以在硅化鎂遷移之前加熱，熔化和冷卻材料，則可以創(chuàng)建無(wú)裂紋的焊縫。激光可以通過最新的掃描技術(shù)來(lái)做到這一點(diǎn)，在這種技術(shù)中，可以使用反射鏡來(lái)回移動(dòng)光束。
激光焊接的驚人效率
大多數(shù)激光應(yīng)用都是在難焊接的材料中進(jìn)行的。激光焊接的憑借其超高效率，使多數(shù)鈑金項(xiàng)目也正在轉(zhuǎn)向激光。效率具體有多快呢？Harooni講到，MIG焊接通常以每分鐘20-30英寸（508-762毫米）的速度進(jìn)行，最多為每分鐘40英寸（1,016毫米），而激光可以以每分鐘近200英寸（508厘米）的速度焊接，因此僅連接過程就已經(jīng)快得多。此外，使用激光焊接也大大減少了后處理。如果焊縫外觀對(duì)您非常重要的話，MIG焊接會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的磨削周期，而激光焊接則可以幫您省略此時(shí)間成本。
Harooni補(bǔ)充說，“這就是為什么許多企業(yè)即使考慮到激光焊接會(huì)有較高初始投資，也會(huì)選擇投資激光焊接的原因。”Harooni敘述了最近的項(xiàng)目中，通快將焊接大門的周期從10小時(shí)縮短到35分鐘。另一個(gè)客戶在MIG焊接鋁制電氣外殼時(shí)遇到困難。在MIG焊接過程中，氣孔是一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，且總流程時(shí)間為四個(gè)小時(shí)。Harooni表示，通快則通過激光焊接將時(shí)間縮短到18分鐘。
此外，激光穿透材料的能力使其與傳統(tǒng)焊接相比的優(yōu)勢(shì)倍增。因?yàn)榧す獠粌H比MIG焊接快三到十倍（跟TIG焊接比還要更快），所以它可以焊接需要使用MIG焊接或TIG焊接進(jìn)行多次焊接相對(duì)較厚的接頭。傳統(tǒng)技術(shù)還需要在走刀之間進(jìn)行清理和打磨，從而進(jìn)一步增加了整個(gè)加工時(shí)間。激光最多可以進(jìn)行半英寸的單道焊，然而MIG焊接則需要約五道焊的位置，而且還具體取決于您使用的處理器。在半英寸以上的位置，激光焊接需要事先在邊緣切割或打磨斜角，但比MIG焊接所需的整個(gè)接頭斜角小得多。
因此，對(duì)于半英寸厚的材料，僅在焊接速度方面，激光焊接將比MIG快15-50倍，考慮到MIG所需的額外后處理時(shí)間之后，激光焊接的速度則甚至更快。
當(dāng)然，以如此高的生產(chǎn)率，您需要進(jìn)行大量的焊接工作才能為激光系統(tǒng)供料并最大程度地提高投資回報(bào)率。例如，激光通?？梢栽谄桨搴附由袭a(chǎn)生多達(dá)三到五個(gè)亞弧焊接系統(tǒng)。如果要為五個(gè)子弧系統(tǒng)供料，您需要進(jìn)行大量工作。
新舊科技結(jié)合
由于自動(dòng)激光焊接需要在要連接的零件之間緊密配合，因此在許多情況下，接頭位置最好重新設(shè)計(jì)，從而向激光器提供重疊的表面（以利用其穿透能力）。更多的制造商愿意投資于更好的上游工藝和元件，來(lái)促進(jìn)激光的產(chǎn)生更高產(chǎn)量。
但是對(duì)于那些抵制這種變化的人，或者在不可避免的情況下所存在技術(shù)隔閡的情況，將激光和送絲技術(shù)與其他新技術(shù)相結(jié)合的混合系統(tǒng)，則擴(kuò)大了激光的適用性。例如：擺動(dòng)激光點(diǎn)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)合技術(shù)（可解決前面已提到解決熱裂紋問題）。這個(gè)技術(shù)不算新潮，但近來(lái)變得更加實(shí)惠。將1.2毫米直徑的點(diǎn)高速在3毫米區(qū)域內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，能有效地捕獲更大的區(qū)域，并且進(jìn)行良好的焊接。
此外，混合動(dòng)力焊接系統(tǒng)將MIG焊接工藝和激光束結(jié)合在一起。由于激光束穩(wěn)定了電弧，因此工藝之間也具有協(xié)同作用。
通快的FusionLine被Harooni形容為“一種輔助金屬絲加工工藝的激光焊接，可將更多物質(zhì)引入縫隙中”，可以彌合寬度達(dá)1毫米的縫隙。
對(duì)于位于伊薩ESAB公司而言，他們開發(fā)了自適應(yīng)焊接技術(shù)，該技術(shù)可感應(yīng)零件狀況并更改工藝參數(shù)以適應(yīng)它們。該系統(tǒng)在零件上涂上激光條紋，使用攝像頭，然后從視差角度對(duì)其進(jìn)行觀察，以觀察接頭的形狀，大約在加工之前20-40毫米。使用激光相干成像測(cè)量激光切割的金屬鑰匙孔，并將這些信息用作質(zhì)量度量或閉環(huán)控制過程。
當(dāng)焊頭在零件中加工時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整激光穿透力，激光功率，金屬氣體電弧參數(shù)，送絲速度，電壓，氣體流量和行進(jìn)速度。該目標(biāo)是因美國(guó)海軍的要求而推動(dòng)的，目的是將低熱量輸入的激光焊接的好處給到“常規(guī)準(zhǔn)備的零件”（即未加工成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)激光焊接有嚴(yán)格公差的零件）。與穩(wěn)態(tài)控制相比，這將混合焊接的工藝窗口擴(kuò)大了五倍。
激光焊接對(duì)于許多用戶而言仍然相對(duì)較新，Harooni強(qiáng)調(diào)通快從一開始就致力于培訓(xùn)和支持新用戶，讓用戶能夠了解安裝可進(jìn)行離線編程的系統(tǒng)的好處。通快提供的另一款產(chǎn)品：TeachLine，是一種基于攝像頭的新型傳感系統(tǒng)，可檢測(cè)待焊縫的位置?！翱蛻舨幌胪ㄟ^中斷生產(chǎn)來(lái)對(duì)新零件進(jìn)行編程或更改原有編程的話，可以使用離線編程來(lái)上傳新零件，并對(duì)其進(jìn)行編程之后再帶到原有單元設(shè)置中。使用TeachLine，客戶不需要再進(jìn)行調(diào)整。TeachLine可以將觀察到零件并同時(shí)離線調(diào)整您制作的程序。離線編程和TeachLine的結(jié)合可幫助我們的客戶快速進(jìn)行生產(chǎn)變更?！?/span>
同時(shí)，ESAB也在努力使設(shè)備能夠評(píng)估其生產(chǎn)的焊縫質(zhì)量，并盡可能地防止自身造成缺陷或不連續(xù)。通過這些技術(shù)的聯(lián)合，最終，傳統(tǒng)焊接也得到了改進(jìn)，然而激光焊接的旅程也是剛剛迎來(lái)光明的起點(diǎn)。
傳統(tǒng)焊接和激光焊接還能夠在未來(lái)碰撞出什么樣的火花，還需要產(chǎn)業(yè)工程師們的共同努力，并等待市場(chǎng)的進(jìn)一步驗(yàn)證。
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