• --热烈祝贺我会联办的科普活动被中国科协评为--优秀科普活动

          12月21日,中国科学技术协会办公厅印发《关于对2020年全国科普日有关组织单位和活动予以表扬的通知》(科协办函普字【2020】158号),江苏省机械工程学会、南京工程学会和江苏省学会服务中心联办的“2020年全国科普日暨第一届‘天印筑梦·科普智行’”活动,被评为优秀科普活动。

  • 十九届五中全会提出:

      确立现代化建设全局中的核心 —— 坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑,面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,完善国家创新体系,加快建设科技强国。要强化国家战略科技力量,提升企业技术创新能力,激发人才创新活力,完善科技创新体制机制。

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    激光焊接VS传统焊接,哪个更强?

    时间:2019/12/10 8:34:30    浏览次数:5001    字体:   

    激光焊接凭借其更快的处理速度和更高的质量可能会很快占领整个加工工艺领域,你是这样认为的吗?然而,答案是:传统的焊接仍将继续。并且取决于您用法和工序,传统焊接技术可能永远不会消失。那么,在现在市场中,每种方法的利弊将会带来什么呢?

    传统焊接方式仍然会十分流行。广义上讲,工业上使用的三种传统焊接类型是MIG(金属惰性气体),TIG(钨极惰性气体)和电阻点。在电阻点焊中,两个电极压制要在它们之间接合的零件,迫使大电流通过该点,零件材料的电阻产生将零件焊接在一起的热量,此为汽车行业,尤其是在白车身焊接上的主流手段。

    热衷于MIG(金属惰性气体保护焊接)

    是什么造成了MIG持久的人气?连续送丝是易损耗的,因此,它增加了材料并增强了焊缝,使其非常适合(零件垂直的)角焊。自生激光可将两种母体材料融合在一起。激光可以进行角焊,但是零件和其他零件的精度和精密度必须严格一个数量级。
       在圆角上进行MIG焊接时,公差至少为线径的正负一半,通常甚至更大。同样MIG用于其他类型的焊接工艺窗口要比激光大很多。换句话说,零件不必像自发激光那样精确,固定装置也不必确保几乎完美的配合。换句话说,零件不必像自发激光那样精确,固定装置也不必确保几乎完美的配合。
       MIG焊接也更易于自动化,需要控制只有行进速度,电压,安培数,割炬角度和工作角度,此外,就算精度只有一半,仍然能得到良好的焊接效果。而自动化激光焊接需要机器人具有出色的路径精度和可重复性,并且需要控制焊接过程中的更多因素。TIG(钨极惰性气体保护焊接)在这方面是相似的。

    这并不是说自动进行MIG焊接非常容易,任何人都可以做到。它仍然需要专家来进行编程和诊断问题。
    经过多年的经验和科学证据,传统焊接已广为人知。我们知道如何做出可预测的结果来交付结构所需的接头。尽管我们担心的是熟练工人的短缺,这对行业来说是一个真正的问题,但是仍然有大量经验丰富的焊工,技术人员和工程师存在,他们都熟悉传统工艺的管理。对于大多数产品,这是一种简单,廉价的解决方案,能够提供不错的结果。
    MIGTIG系统的前期成本通常低于激光系统。但是,激光的成本一直在下降,并将继续下降。激光的成本大约是激光焊接系统成本的三分之一至一半,而根据焊接能力而定的成本将每年下降10-15%。

    然而激光加工头比传统的加工头昂贵,传输光纤也很昂贵,维护激光电池也更昂贵。例如,激光电池必须“不透光”,为4” (101.6毫米)厚的壁可以承受10分钟的直接撞击而不会烧穿。(激光不会聚焦在4英寸[101.6毫米]厚的深度上。)TIGMIG系统可以用便宜的金属板屏蔽允许有差距。

     另一方面,如我们将看到的那样,考虑到吞吐量和单件成本的差异时,激光通常会获胜。对于TIG来说尤其如此,这是一个非常缓慢的过程,需要很高的技术水平,因此使用起来很昂贵。出于这个原因TIG在很大程度上限于工业食品设备、电器,以及一些精密组件的制造上。但是,如果需要大量生产这些零件,激光系统上的投资回报率将“推倒一切” TIG,因此在这些情况下自然可以代替。

    来自位于美国伊利诺伊州霍夫曼庄园的Trumpf Inc.激光焊接产品经理Masoud Harooni表示,即使TIG也无法为食品加工和其他对外观至关重要的应用提供令人满意的表面。此外,可见焊缝的激光焊接速度比TIG快两到三倍。如果您在冰箱或类似零件上看到一个合适的半径,则说明它是被研磨过或采用激光焊接方式加工。

    采用激光焊接的趋势

    当下,美国制造业趋于保守。如果没有问题要解决,则选择成本最低,功能最强大,最基础的解决方案。因此,人们只有在MIG焊接不起作用或TIG焊接太慢时才会将目光投向激光。批量TIG焊接要么已经转移到国外,要么已被激光替代,那么激光对MIG的挑战在哪里?

     一个主要的问题是焊接冶金或结构损坏,可能是由MIG相对较长且广泛的传递到零件中的热量和较长的冷却周期造成的。相反,激光可以用极小的光束传输热能,并仅熔化局部区域。总热量输入比MIG要少得多,并且零件冷却非常快,从而将变形和焊接冶金影响降至最低。

    Harooni提供了一个有用的类比:“想象一下,相比起一根针,在沙滩上喝一瓶水。如果在瓶子上放五磅重的东西,它就不会渗入沙子。但是,如果您只在针上放几盎司,它就会。想想您施加的热量是热量,瓶子是MIG,针头是激光。”
       与MIG相比,激光将热量输入减少了大约85%,焊缝中的残余应力与热量输入成正比。投入的热量越多,产生的残余应力就越大。屈曲,变形和收缩,以及所有这些在生产加工工程中会导致噩梦的情况。 另一个例子,由于浮阴极问题,因为电弧不稳定,所以MIG焊接钛很困难。因此,激光焊接钛是一个完美的选择。对于6000系列铝,问题在于热裂纹。热裂纹是硅化镁迁移到晶界的现象。因此,如果可以在硅化镁迁移之前加热,熔化和冷却材料,则可以创建无裂纹的焊缝。激光可以使用最新的扫描技术来做到这一点,在这种技术中,可以使用反射镜来回移动光束。

    激光焊接的效率

    大多数激光应用都是在难焊接的材料中进行的。激光焊接的凭借其超高效率,使多数钣金项目也正在转向激光。有多快呢?TrumpfHarooni讲到,MIG焊接通常以每分钟20-30英寸(508-762毫米)的速度进行,最多为每分钟40英寸(1,016毫米),而激光可以以每分钟近200英寸(508厘米)的速度焊接,因此仅连接过程就已经快得多。此外,使用激光焊接也大大减少了后处理。如果焊缝外观对您非常重要的话,MIG焊接会导致较长的磨削周期,而激光焊接则可以帮您省略此时间成本。  Harooni补充说,“这就是为什么即使考虑到激光焊接会有较高初始投资,也会选择进行激光焊接的原因。”Harooni叙述了最近的项目中,Trumpf将焊接大门的周期从10小时缩短到35分钟。另一个客户在MIG焊接铝制电气外壳时遇到困难。气孔是一个经常出现的问题,总流程时间为四个小时。Harooni表示,Trumpf则通过激光焊接将时间缩短到18分钟。 此外,激光穿透材料的能力使其与传统焊接相比的优势倍增。因为激光不仅比MIG快三到十倍(甚至比TIG还要快),所以它可以焊接相对较厚的接头,这需要使用MIGTIG进行多次焊接。传统技术还需要在走刀之间进行清理和打磨,从而进一步增加了整个加工时间。但是激光最多可以进行半英寸的单道焊,而MIG焊接可以进行约五道焊,具体取决于您使用的处理器。在半英寸以上的位置,激光焊接需要事先在边缘切割或打磨斜角,但比MIG焊接所需的整个接头斜角小得多。 因此,对于半英寸厚的材料,仅在焊接速度方面,激光焊接将比MIG15-50倍,而在考虑到MIG所需的额外后处理时,激光焊接的速度甚至会更快。 当然,以如此高的生产率,您需要进行大量的焊接工作才能为激光系统供料并最大程度地提高投资回报率。例如,激光通常可以在平板焊接上产生多达三到五个亚弧焊接系统。如果要为五个子弧系统供料,您需要进行大量工作。

    新旧科技的结合

    由于自动激光焊接需要在要连接的零件之间紧密配合,因此在许多情况下,接头位置最好重新设计,从而向激光器提供重叠的表面(以利用其穿透能力)。更多的制造商愿意投资于更好的上游工艺和工具,来促进激光的产生更高产量。 但是对于那些抵制这种变化的人,或者在不可避免的情况下存在技术隔阂的情况,将激光和送丝技术与其他新技术相结合的混合系统,扩大了激光的适用性。例如:一个简单的技术(前面已提到解决热裂纹问题)是摆动激光点。这是一个不算新潮的技术,但近来变得更加实惠。将1.2毫米直径的点高速在3毫米区域内来回移动,能有效地捕获更大的区域,并且仍能进行良好的焊接。 此外,混合动力系统将MIG工艺和激光束结合在一起。由于

    Trumpf的Fusion LineHarooni形容为“一种辅助金属丝加工的工艺激光器,可将更多质量引入缝隙中”,它可以弥合宽度达1毫米的缝隙。 对于伊萨ESAB而言,他们开发了自适应焊接技术,该技术可感应零件状况并更改工艺参数以适应它们。该系统在零件上涂上激光条纹,使用摄像头,然后从视差角度对其进行观察,以观察接头的形状,大约在加工之前20-40毫米。 使用激光相干成像测量激光切割的金属钥匙孔,并将这些信息用作质量度量或闭环控制过程。 当焊头在零件中加工时,该系统会自动调整激光穿透力,激光功率,金属气体电弧参数,送丝速度,电压,气体流量和行进速度。该目标是由美国海军的要求推动的,目的是将低热量输入的激光焊接的好处带到“常规准备的零件”(即未加工成对标准激光焊接有严格公差的零件)。与稳态控制相比,这将混合焊接的工艺窗口扩大了五倍。 激光焊接对于许多用户而言仍然相对较新,Harooni强调Trumpf从一开始就致力于培训和支持,以及一旦安装后对其系统进行离线编程的好处。 Trumpf还提供了TeachLine,这是一种基于摄像头的新型传感系统,可检测待焊缝的位置。“客户不想中断生产来对新零件进行编程或更改其编程,因此他们可以使用此离线编程来上传零件,对它进行编程并将其带到单元中。使用TeachLine,客户不需要进行调整。TeachLine将观察到零件并离线调整您制作的程序。离线编程和TeachLine的结合可帮助我们的客户快速进行生产变更。” 通过技术的联合,最终,传统焊接也得到了改进,然而激光焊接的旅程也是刚刚迎来光明的起点。