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激光焊接降低零件生产成本

 

激光加工产生更少的缺陷,不需要零件准备和后处理

作者:Masoud Harooni Hoffman Estates特朗普智能工厂激光焊接产品经理

关于激光焊接在生产中的应用及其所能达到的优势,已引起了广泛关注。实施新技术对于工业界来说通常是一种承诺和风险,但用户可以从新技术带来的优势中获益(图1)。这也有助于客户以更好的产品质量和更低的零件成本在与同行的竞争中保持领先地位,因为循环时间更快,而且没有消耗性成本。

但是,为什么要用激光焊接?激光焊接工艺的优点是有助于更快地生产零件,同时消除了制造高质量零件的前、后处理工艺。在阐述这些工作之前,我们应该首先考虑激光焊接工艺与其他传统熔焊方法相比的主要优势之一。

热量

热是任何熔焊技术中最重要的一个方面。然而,过多的热量输入也是变形和开裂等冶金和机械问题的根源。激光焊接最重要的优点之一是,与传统的金属惰性气体(MIG)或钨惰性气体(TIG)等传统方法相比,零件的热输入要少得多(总热输入低)。

激光焊接过程中的一个关键点是能量(热量)通过一个非常小的聚焦光束区域传输到零件上,从而获得高能量密度。因此,穿透和焊接两块金属不需要太多的热量。当采用传统的电弧焊接方法时,热量通过电弧传递。与激光束相比,电弧的面积要大得多,这就导致能量密度降低。若要在零件表面形成熔池,则需要更多的热量输入,残余热应力的存在会导致变形和开裂。

这里有一个更加透明地比较激光焊接和传统电弧焊接之间热输入的例子。想象一下,你在一个沙滩上,有一个重约5磅的小盒子、一个玻璃瓶和一根锋利的针,把盒子的重量作为热量,瓶子作为传统的电弧焊接方法,针作为激光焊接工艺。如果你把瓶子放在沙滩上,盒子放在上面,瓶子会渗入沙子吗?答案是否定的,所以你可能需要更多的重量来使瓶子渗入沙子中。现在,当5磅的重量放在一根针上时,它会完全穿透沙子,超出的重量可以减少。这就是激光焊接和传统电弧焊接的区别,而且传统电弧焊工艺所需的额外热量输入导致了前面提到的焊后问题。

现在的问题是,这种减少的总热输入效应将如何帮助您消除激光焊接前后的额外过程?让我们从预处理开始,通常称为焊接准备,如零件和接头,这些零件和接头使用斜面或加工槽来连接较厚的零件。在激光焊接中,大部分的准备工作是不需要的,只要涉及到一些厚重的板材焊接时才需要额外的准备工作。如前所述,由于激光穿透零件的能量密度很高,因此不需要加工任何槽,尤其是较厚的零件,也省去了额外的工艺准备过程。

无需零件准备

要用常规电弧焊焊接较厚的零件,应在零件上做一些准备工作,以将它们以重叠的形式焊接在一起(图2)。然而,在激光焊接中,不需要做零件准备工作。在用MIG焊焊接如图所示的构型零件后,需要进行后续处理,以将焊接凸台打磨光滑。斜边处理是较厚钢板MIG焊接所需的另一个预处理操作,在进入焊接过程之前需要对零件进行机加工。采用激光焊接工艺,无需在激光焊接前对零件进行斜角焊接,这有助于节省加工时间和每个零件的最终成本。这也有助于调整零件的价格,因为免除零件的前后处理使其生产周期较短。

图2 激光焊接和传统MIG焊接的预处理对比

 

无需后处理

对于要求具有良好外观的焊缝(如电器行业),激光焊接有助于消除后处理要求。如前所述,通过改变光束的焦点尺寸,控制热输入有助于获得不需要任何后处理(磨削)的双金属接头。图3显示了激光焊接部件的外观质量,这将节省消耗品和员工的生产时间和成本,从而降低成品的生产成本。

图3 无需后处理的激光焊接美观零件

 

设计调整的成本节约

值得强调的是,不仅激光焊接本身会节省时间/成本,而且这一过程将有助于节省上游制造过程(如激光切割和弯曲)的生产成本。传统上,零件中整体焊缝较少更为合适。然而,随着激光焊接带来的质量和速度,在许多情况下可能需要更多的焊缝。

图4显示了一个激光焊接的水箱。该装置有六个零部件,使用凸耳和槽进行组装,消除所有弯板连接。这有助于提高激光切割过程中的板材利用率,因为所有零件几乎都是方形的。这也有助于消除废料,从而降低每个零件的成本。通过激光焊接,可以极大地灵活调整零件的设计,使用户受益。不同的设计概念,不仅会影响零件的最终形状或几何形状,而且会显著降低生产成本。

本文中的示例只是这项新技术给制造商带来的好处的一部分。

图4 设计调整影响上游制造工艺,降低部件的最终生产成本

 

参考文献

1. See http://bit.ly/ILSMayJunRef. 

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