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激光焊接技术面临哪些挑战,如何优化激光焊接技术

    激光焊接技术和技术在汽车,医疗,国防和航空航天等特定行业中已经发展了多年,尽管如此激光焊机接仍然是一种罕见的技术,即使制造商能够提供激光焊接技术,但仍然只是一个边缘过程,许多零件的设计不满足激光焊接设备的要求。这些挑战如何进行克服,也不像想象的那么困难,要归功于激光焊接的发展和上游工艺的准确性,包括激光切割和弯曲,以及一些新的固定方法。激光焊接要求制造商重新思考,不仅要符合焊缝间隙公差或夹具要求,还要符合整个金属加工过程。为了提高切割和弯曲能力,可进行工艺改进,如果制造商希望增加切割或弯曲能力,需要更多相关设备。

1、改善上游工艺的切割
由于用于切割的光纤激光器的折弯机自动制动器,新机器的效率远远高于之前的机器,根据材料类型和加工厚度,高功率光纤激光器可具有多个CO2激光器的切割能力,具有自动换刀功能的折弯机比传统制动器更高效。随着制造技术的进步,每台机器都能在更短的时间内继续生产出更高质量的零件。然后是焊接和焊后研磨和精加工,这些工艺没有以同样的方式发展,商店可安装机器人弧焊单元,甚至可通过离线模拟进行简化编程,但对于许多产品来说,焊后研磨问题仍然存在。
2、改善上游工艺的磨削
在接头处添加额外的焊接金属来解决间隙变化会让问题变得更糟,研磨难以去除焊接金属抛光工件,导致研磨时间增加,消耗品使用也增加。过度磨削也可能会增加成本,包括更多返工的可能性。需要设计了部件消除焊接复杂性,由于模拟软件,工具更换自动化和智能角度校正。

3、采用光纤激光器
光纤激光器的焊接速度比电弧焊接快得多,焊接速度可对整体产量产生更大的影响。定制制造商都熟悉光纤激光器,输出特定波长的二极管,这是光纤激光电源内部技术的本质,对整个行业的激光切割能力产生了影响。在未来几年,光纤激光器可能对焊接产生类似的影响。
激光焊接技术已经发展很多年,用于焊接和切割的光纤激光器与从电源和输送光纤传播的光学激光器大致相同,差异发生在处理街头,在材料表面上方定位,切割头聚焦光束,辅助气体抽空熔融材料产生切口。光纤激光焊接远离材料表面工作,可以聚焦光束,使用气体来屏蔽焊接区域。在定制生产的典型应用中,激光焊接是自生的,不使用填充金属,这样可降低耗材成本,减少焊后精加工要求。

4、提高激光焊接材料的可焊性
建立良好的激光焊接技术涉及许多变量,材料的可焊性是一个因素,使用连续波和脉冲模式,将加工的常见材料,无论是碳钢,不锈钢还是铝,激光器已经进行了异种金属焊接,镀锌材料的专门焊接接头设计甚至可解决锌的释气问题。光纤激光器能够成功焊接具挑战性的材料,包括铜。超高功率光纤激光器可焊接一些非常厚的材料,在典型的制造环境中,4kW的光纤激光器可非常容易地焊接0.25英寸厚的碳钢。

5、提高焊头切割和弯曲的准确性
激光焊接需要紧密装配,由于焊头技术的原因,激光焊接技术本身也变得更加灵活。激光不再必须沿着接缝在固定点焊接,而是可用旋转透镜在小区域内旋转。
还要现代切割和弯曲设备的准确性,很多关于设计激光焊接零件的都源于钣金零件,部件需要改装冲压模具,但是需要很高的成本,可调整设计和制造工艺,适用于各种接头几何形状,而无需加工全新的冲压模具,选择合适的折弯机工具。

6、改善激光焊接的夹具固定装置
夹具是另一个障碍,近年来已经大幅降低了,高速光纤激光焊接使得固定方法变得更加容易,当焊接非常薄的材料时,例热量输入对接头位置有明显影响,在这些情况下,激光焊接装置可用与电弧焊接电池类似的热量缓解策略,例如铜散热片和其他背衬材料,或平衡夹紧力,在焊接期间接头位置不会移动。
但对于工件来说,激光焊接很快,具有集中的热影响区,固定装置不需要补偿过多的热量输入,焊接夹具更容易设计实施到生产中。
如今的激光焊接技术采用了一系列固定策略,当与精密上游工艺结合时,可优化激光焊接单元的流量,基本的是定位夹具,可能需要现成的挡块夹,或者定位焊。这样的夹具可夹紧组件实现适当的接头装配,但是每次关节位置可能不在同一位置。为了适应这种情况,可以采用机器人运行,当激光关闭时,机器人沿着关节的路径向下移动,监视视频屏幕,如果操作员看到偏离,会即时调整机器人路径。运行完成后,启动焊接循环。
在测量实际产量之前,这一切对于制造而言都是非常低效的,而不仅仅是焊接,而是焊接和焊后研磨和精加工,机器人的焊接速度非常快,进行两次通过可能超过传统的电弧焊接。但即使没有,整体吞吐量仍可能增加。定位夹具克服了激光焊接技术中的常见难题,以及焊接自动化中的问题,多年来,采用焊缝跟踪的自适应焊接取得了相当大的进步。在各种专业焊接应用中占有一席之地,特别是在设计上游制造工艺中。如果上游过程精确且可重复,机器人可非常好地进行焊接,无需焊缝跟踪。
从物理或经济角度来看,快速结合接缝跟踪器监控光纤激光焊接是不切实际的,理想情况下上游过程是可重复的,足够强大,可消除联合变异性,另一个因素是零件设,可能涉及拉环和其他自固定技术,另一个因素是夹具本身,可将两个工件推到一起牢固接触,传统上涉及生产夹具,这一成本阻碍了许多高产品混合,小批量制造商使用焊接自动化。对于大批量应用,生产夹具设计合理,可以为机器人提供一个接头,能够完成激光焊接。可装载,夹紧,松开,卸载和重新装载,复杂的固定装置可具有用于液压或空气夹紧的部件或甚至加工通道,可更快地装载和卸载。

设计激光焊接夹具部件,更稳定地保持成型,进行更多的激光焊接,美观的外观不需要精加工,如果车间有新的设备,成型可能不是问题,这种速度现在已经成为定制加工中的现实。

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