激光焊接时代已经到来

为了保持成功的商业，必须接受新兴的技术并扭动它来表现为规范和组织的利益。激光焊接是一种令人印象深刻的技术，承诺这么多，并花费捆绑，但大问题是它是否会增强您的业务模式。

“自20世纪50年代以来，电子束焊接已经存在，”林肯电气的高级激光应用工程师Paul Denney说。

“这适用于航空航天应用，您非常关注焊接质量。电子束焊接主要是在真空中完成的，但是已经努力在部分真空中完成。“电子束焊接有很大的变化，主要是因为它不是大容量应用的一个非常好的过程。他说：“通过真空系统试图通过真空系统获得大量的零件是有问题的，并且与真空系统相关的维护，”他说。

剥离激光焊接科幻小说的光环，把这种焊接过程看作是另一种可能提高业务的工具，这是一种健康的方法来处理激光焊接。

Wayne Trail市场营销副总裁Bob Lewinski表示:“在焊接过程中，很少会出现‘我只会选择激光而不是其他工艺，如TIG或MIG’，而不事先考虑工艺目标的情况。”

“如果您有精确的工作要做，那么具有一定的化妆品要求，或者循环时间很重要，而且小的热影响区域是有益的，以便在焊接接口处最小化冶金撞击，您可以更容易地形成这些之后的零件，我会说，然后你开始将激光视为申请的好候选人。您应该始终有一个良好的应用程序驱动程序来证明投资。“

即使激光电源的价格下降，一个完整的，适当执行的激光处理单元通常仍然是一个更昂贵的初始资本投资比传统的非激光基焊接单元。但是，激光的成本在过去的几年里急剧下降。10年前售价超过50万美元的类似激光器，今天的价格可能只有现在的一半。

“Integrator或最终用户必须正确解决必须正确解决的安全互锁和合规问题。所有这些挑战和要求都是可行的。但是，您必须拥有激光加工的需求或渴望作为“驾驶员”，以便这些成本被理解并被接受为投资的一部分，“Lewinski说。

TRUMPF公司产品和应用经理David Havrilla说:“人们选择激光焊接是因为降低了每个部件的成本，而不是因为资本成本。”激光技术中心。“激光焊接越来越容易实现。给十年前从未考虑过激光焊接的人。尽管资本成本仍然高于米格或TIG，但价格已经降到了连工厂都可能考虑的水平。”

“因为激光焊接的美学，你可以减少或消除二次加工，如手工打磨，对零件和报废。这大大提高了产量，降低了每个部件的成本。”

“何时考虑激光焊接的拇指很好的拇指是在非常大的批量应用中使用它，例如汽车或消费产品，或者当该部件具有非常高的价值，如医疗组件，”丹尼说。作为一个例子他指出，所有Gillette传感器剃刀刀片都是激光点焊。

“你说的是每年生产10亿个零件。”然而，电阻、MIG或TIG在某些情况下比激光有优势。在其他应用中，激光将比那些工艺具有优越性。

莱温斯基说:“今天，更多的成本和工艺理由倾向于将激光视为一种使能技术。”“如果一个客户说,“我可以消除一个或多个流程步骤,或者我可以完全消除某些加强组件,或者可以使用稀释剂或更少的材料,或者不让焊接材料可焊使用传统技术,“现在你有一些实实在在的司机对激光的过程。”

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高速、高吞吐量的自动化需求在一定程度上与所需的资本投资和“将零件价格降至对客户有吸引力的水平”的需求相关联。最终，该技术将应用于高度自动化、高通量和大批量的应用中。”

大容量（更好的工艺速率）和精密工作（如果访问困难或焊接放置至关重要）是激光焊接真正脱颖而出的地方。

莱温斯基说:“由于较低的热量输入，通常会有更少的热痕或变形。”“在使用激光工艺时，也可以从单面进入焊缝。你可以焊接各种各样的金属，有时不善良或可能不反应良好的传统高热焊接工艺。

我们拥有更多客户来到我们前面提到的一个或多个属性使用激光的客户，并需要帮助如何将激光和过程正确应用于工业应用，而不是我们将任意问谁, ‘I am MIG or TIG welding today ... is my particular job a good candidate for laser?’ We somewhat view this as an incomplete question. They should say that I would like to improve my product because I want to have less distortion; or I want to have less heat marking. Or I’m having a hard time joining these metals, or I don’t have access to get a traditional weld torch down in there. Now you start to open up some potentially great reasons for considering lasers.”

传统的电弧过程，TIG和MIG，是二维热源的意义上，热量从电弧传递。”是否一个弧熔化极气体保护焊-或液滴脱落样子的钨电极像你会在GTAW过程,”丹尼解释说,“你基本上有热源顶部表面和你正在等待流体热量分解成部分。激光和其他高密度功率过程，如电子束或等离子体，有能力给你的热量一个三维。这些高功率密度的过程实际上你融化,然后煮金属,形成一个“锁眼”你可以得到分成部分,所以过程激光可以热更深和联合比一个弧过程——这意味着更少的热量和/或更高的处理速度。”

“另一个优势是能够在其他技术难以达到的区域进行焊接。Havrilla说:“激光焊接能够在传统技术很难或不可能达到的空间进行焊接。”

激光质量:

使用激光束焊接的优点是热输入导致低失真，较小的热影响区域。窄焊束，低失真和小型热影响焊接区导致良好的焊接美观，减少二次过程。

“如果你的失真低，你不必在焊接后伸直零件，”Havrilla说。“从激光焊接获得的焊缝通常是高强度焊缝，因为存在与激光焊接相关的快速冷却速率。能量密度相当高，焊接速度相当高，尽可能想象淬火速率，冷却速度非常高，为您提供两个优点。

“一，焊接本身是高强度，除此之外，你将有一个小的热影响区域。当我们说小时，我们的意思是两种方式小。几何上很小，小于热影响的区域焊缝或MIG焊缝和冶金效应的第二种方式。“

通常情况下，如果你有一个弧焊过程，热影响区会更软，因为缓慢的淬火速度和退火效应，你得到的区域。在激光焊接中，你得到一个更快的冷却速度，热影响区不受影响，所以你结束了热影响区没有软化。激光集中的能量使其效率更高。

“一英寸直径的激光束可以聚焦到万分之一英寸甚至更小的范围。当你开始将4、5、6甚至7、8千瓦的激光功率投入到这种光斑直径中时，突然之间你就可以用非常窄的焊缝获得非常快的焊接速度。”Havrilla说。

“热量更多地垂直向下进入焊缝，而不是水平进入材料。使用电弧焊接的人是试探性的，当我们说去拿起的部分后，我们有激光焊接它。他们习惯了冒烟的部位。他们习惯了非常热的部件，所以你不能用手拿起它们。他们非常惊讶，你可以直接从夹具中拿起零件，它仍然相对凉爽。”

“你可以比这些传统的电弧技术更快地焊接，”他说。

激光经验:

大多数，如果不是全部，工业激光焊接系统包括一个完全自动化和封闭的工作单元。在这个单元中，你可能有一个六轴机器人，有一个，或者在某些情况下，有多个激光处理头。

“例如，使用所谓的‘光束开关’，可以将一个激光电源的输出定向到多个聚焦设备，现代的工作单元，如Flex laser系统，可以利用激光焊接头，以及一个激光切割头，每个切割头都由一根光纤连接到一个共同的激光源，能够根据需要快速切换处理过程。”莱温斯基说。然后，机器人可以自动地与你想要的过程头耦合或分离。

对于焊接，你可以把焊接机器人的头在发挥，让它做它的过程，然后把它放在皮套。它可以在几秒内自动从机头分离，并重新连接到另一个加工机头(例如激光切割机头)，然后像大型机床上的换刀器一样对零件进行激光切割操作。

莱温斯基说:“所以它成为了一个非常灵活的工具。”“你可以有一个机器人作为原动机，或者在某些情况下，你可以有一个更高精度的多轴龙门作为原动机。你可以在细胞内定位激光、冷却器和运动控制系统，通常在细胞背面，我们称之为电源模块。”

“一切你需要一个成功的激光过程可以包含在一个共同的平台上,平台从结构和坚固的基础上可以适当的山和安全评价激光圈地,通常认为是一个类1 -纤维或磁盘时激光,由于波长短,“Lewinski说。

“该系统通常还包含运动控制系统，例如机器人控制器，激光冷却器，烟雾排气和过滤系统，如果需要，进入和退出自动化，适用于过程中的零件，以及所有位于A的工具和夹具常用易连接，易于部署或重新部署平台。我们的方法拥有一个你需要的一切。“

该系统可以是任何尺寸，从相当小到巨大的单位与启动箱/尾箱系统的位置，以旋转或重新定位的激光束下的组件。这样的系统正在变得相当标准化。

这导致易于安装和设置 - 基本上是一个交钥匙解决方案。“客户只需要在目的地物理地定位工作单元，并将其连接到它们的电源，这通常是三相电源和压缩空气，也许或可能不是，工艺气体，”他说。

“其他所有东西都到达并安装在它之前在发货前在我们的设施测试。所以这是一个很短的时间安装和带回生活，所以说话。利用当今的光纤激光技术，激光器不是最终用户将不得不检查的东西。需要很少的维护。因此，客户可以更多地集中在过程中，而不是实际激光本身的零件。“

光纤激光器的另一个特性是，它能够很好地应用于从焊接和切割，到熔覆，标记，热处理和更多的应用。由于所有的激光焊接都发生在密封单元中，所以在操作单元时不需要特殊的安全设备。这类似于CD或DVD播放机，激光在一个安全和密封的环境中工作。只有在维护或对准激光头时才需要特殊的眼镜和衣服。这些单位也有一个内置的烟雾提取系统，所以任何危险都被控制。

其中一个功能一直是石油和天然气和发电企业以及一些其他行业来看待涂层材料，以提供更好的性能。当暴露于腐蚀性和/或磨料环境的部件人员并且太昂贵时，正在考虑激光包层，以使组件从不锈钢或镍合金中制造。在这种情况下，包层是一种潜在的解决方案。作为一个例子，您可以从碳钢中脱离碳钢，然后存放最能保护结构的材料，“丹尼说。

“因为您可以使用激光控制热量和配电，您可以将材料放在下降。我们正在制定使用“热线”利用林肯在电源和耗材中的专业知识的使用。“

耗材:

通常，今天许多激光焊接应用是自身的，这意味着不需要填充金属。因为它们高度专注于小点尺寸。当它们焊接时，它们具有低热量输入，但是，无论是对接焊接，重叠接头，T接头还是圆角，间隙都必须非常小。您需要一个贴合的零件拟合，以便焊接只能使用母材。正确的固定性对激光焊接至关重要，“刘辛斯基说。

然而，加入填料金属可以非常流行，可以解决一些典型的差距相关的焊接问题。该过程通常被称为混合激光焊接，在那里引入电线，就像在聚焦激光束下方的情况下就像你的MIG焊接应用一样。

该焊丝可以通过电阻和合适的焊接电源进行预热，使焊丝已经靠近，但不会超过熔点。在某些情况下，这种导线可以增加一些加工公差，使间隙条件不完美。如果希望在焊接接头中加入合金元素，它可以添加。”他说。

这种金属丝可以缓解污染物或冶金方面的某些问题。由于贱金属的特性，你可以引入一种填充金属，这将平滑，轻松，甚至加速过程。这种能力进一步扩大了激光的能力，以竞争其他技术，如MIG焊接或TIG焊接。在大多数情况下，所用的焊丝与GMAW或GTAW焊接所用的焊丝相同。

丹尼说:“我们已经和一些客户合作，他们需要调整化学成分，因为你看不到在电弧过程中熔化的量，冷却速度要高得多。”

“因此，焊接金属必须具有一定的化学性质，以获得适当的性能。所以我们必须调整化学反应。这是我们在林肯的能力之一因为我们确实生产金属芯电线，我们可以改变化学成分。这种混合工艺可以使用实心线或金属芯线。”

气体通常是激光焊接中唯一使用的消耗品。Havrilla说:“在一微米波长下，你甚至不需要保护气体本身。”“二氧化碳激光器的波长是10.6微米，因此保护气体有两个功能——等离子体抑制，这意味着在焊缝上方形成的亮蓝色等离子体被抑制，以及保护熔融材料不被氧化。

对于10.6微米的波长，太多的激光波长本身会被吸收到等离子体中，如果你不抑制或熄灭等离子体，你就不会在你需要它的部分得到能量。你想要所有的力量进入你想要加入的部分。”

与一微米波长，二极管激光器，盘激光器，光纤激光器，脉冲激光器，激光波长看不到等离子体。