激光焊接技术不断成熟，制造商开始关注
Amada 激光系统焊接 0.250" 不锈钢压力容器加热管。随着越来越多的原始设备制造商 (OEM) 和加工车间“温暖直到“激光焊接的想法”，许多人将注意力转向了四种具体技术：
- 环芯束焊接，
- 交钥匙焊接，
- 焊接配方库和
- 脉冲焊接。
更多的加工车间正在冒险购买激光焊接系统——通常是在合适的应用出现时
“如今，人们真正开始使用激光头，”位于宾夕法尼亚州米德维尔的 Alpha Laser 销售经理 Wes Wheeler 说。传统蜜蜂n 由维修流程驱动，例如工装维修和高价值维修。随着激光变得更加高效，人们开始将它们用于生产焊接。”
但鉴于市场上的所有选择，它可能“比三年前更令人困惑，”他说康涅狄格州法明顿通快公司高功率 OEM 激光器高级产品经理 Tracey Ryba。话虽如此，他注意到大量 OEM 项目正在开发中并准备启动，这证明了激光焊接技术正在取得进展。 “我认为我们才刚刚开始触及潜在的表面。”
激光焊接的一个主要优势是能够消除研磨和精加工等后处理步骤。
最终，耐心地研究各种选择并了解它们可以做什么会带来巨大回报，据位于加利福尼亚州布埃纳帕克的 Amada America Inc. 的 FLW 产品经理 Dan Belz 说。“如果你花时间了解我的想法它能做什么，它能做什么，这是非凡的。有些部件您可以查看，但不确定它们是成型的还是焊接的。”
使用多台 ALFLak 激光焊机将插入的管子连接到孔中。多种配方随时可用
Amada America 采用其 ENSIS 激光切割系统的预编程例程库，现在采用该技术进行焊接。
在过去六年中，包括 Belz 在内的三名技术人员组成的团队一直在完善公司的钣金焊接系统，非常适合连接厚度达 ¼"（6.35 毫米）。该平台有两种 3-kW 选项：M3，带 15'（4.57-m）工作台，M5，带两个 18' （5.49 米）穿梭台。
在这些系统上，Amada 的 ENSIS 技术让用户从五种基本焊接条件开始，从超高温调整光束形状适合较厚的钢材和较深的渗透，形成较平的圆环形状，用于弥合较宽的间隙。使用更扁平的形状也有利于摆动焊接。
“我们有很多客户焊接 1/4 英寸的钢，”Belz 指出。 3,000 W 的功率绰绰有余。我们适用于薄至 0.020 英寸 [0.51 毫米] 的金属板材，如果需要，还可以使用填充焊丝。”
Amada 的平台还擅长于连接不同材料：铜与不锈钢、铜与低碳钢、铜与铬镍铁合金以及铬镍铁合金与不锈钢。 Belz 和他的团队还为一个专门项目用钛丝进给完善了连接。
“我们仍在试验，尽管我们并不总能像过去那样有那么多机会进行试验因为我们接到了很多项目——客户寄给我们零件并要求我们焊接它们并进行教学他们如何激光焊接。”他补充说，如此繁忙意味着 Amada 不得不暂时搁置将铝焊接到不锈钢上的尝试。
为了防止孔隙率，Amada 提供了两种类型的喷嘴，包括一次流和二次流，因此保护气体是始终靠近激光束。 “当材料冷却时，它仍然被气体覆盖，所以你正在消除孔隙，”Belz 解释说。
此外，“由于我们使用的波长以及速度，热量-受影响的区域几乎不存在，”他补充道。 “我们的大部分零件在焊接后无需手套即可进行操作。”
Trumpf 的 FusionLine 技术是该公司的两种光束对光束激光焊接技术之一。控制内光束和外光束的功率有助于减少飞溅，同时改善焊接速度和质量。与此同时，Trumpf 通过其 BrightLine Professional 软件为其 OEM 客户提供了大约 40 种光束中光束技术的配方。 “这为他们提供了最常见材料的起点，”Ryba 指出。 “从那里，客户可以建立一个库并试验哪些变体效果更好。”该软件包括多种材料、厚度和焊接样式的设置。
Beam-In-Beam Bonus
一个相对较新的概念继续受到关注，是 beam-in-beam 的范围激光加工系统。作为该技术的先驱，Trumpf 提供了两种此类解决方案：激光技术部门的 BrightLine Weld 和机床业务的 FusionLine。环形技术和单光纤可用于大约三年前推出的 TruLaser Weld 5000。
Ryba 指出，通过同时使用内芯和外环光束，飞溅大大减少。这增加了寿命工装和固定装置，并减少了清洁保护盖玻片的需要——这意味着更长的正常运行时间。更重要的是，焊接速度和质量都得到了提高，尤其是对于铝和铜。
在铜上，外环起到预热作用，可以更好地耦合芯梁。这提供了一个稳定的焊接过程，尤其是在较慢的速度下，允许进行深焊缝并减少 70-85% 的飞溅。他说，通过在焊接前预热铜，BrightLine 比单点光束快大约 10 倍。使用铝，可以大大减少飞溅并提高速度。 “我可以将功率提高到 5 kW，并将焊接速度提高近 7 倍，达到每分钟大约 35 米”，这取决于铝的等级，Ryba 说。 “压接和对接焊接效果很好，在相同的功率下，焊接钢材的速度可以提高三倍。在铝到铜上，您可以获得质量更好的焊缝。”
BrightLine 的Ryba 解释说，核心可以以 1% 的功率增量进行调节，一个光束最高可达 90%，另一个光束最高可达 10%。操作员还可以以 100% 的强度从一个核心切换到另一个核心。所有功率分布调整都在 TruControl 软件的窗口中进行。
在 Trumpf 的光纤激光器上，可用的内外芯直径为 50-200 μm、100-400 μm 和 200-700 μm。
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在 Brightline 的 TruDisk 版本中，光楔通过步进电机调整两个内核之间的功率分配。 “我们发现 30-70 或 60-40 往往是最佳的功率分布，”Ryba 说。
他补充说，单光束和双光束之间的质量差异很明显。
“对于传统的单芯激光焊接，您会使用平顶或圆形子弹形光束——这在进行较大点的重叠焊接时很常见，”Ryba 解释说。 “当你尝试焊接得更快时，锁孔变得不稳定并且逃逸金属蒸气被阻挡，不得不穿过熔池，并以飞溅的形式排出一些熔体。 BrightLine，提供半高斯中心和外边缘周围的环。那个环使钥匙孔保持打开和稳定。双芯梁轮廓和焊接横截面类似于木螺钉形状，其中外环正面用作预热或预熔体，以提高芯的耦合效率，背面稳定键孔以保持其打开。锁孔的稳定性使金属蒸汽无堵塞地逸出，减少了 70% 到 97% 的飞溅。此过程还有助于通过减缓冷却过程来防止热裂，并使焊缝稍微光滑一些。”当该技术用于 Trumpf 的 FusionLine 包装时，商店可以使用这种环形图案来保留原始零件设计，激光焊接产品经理 Masoud Harooni 补充道。在这些情况下，用户将更多的权力集中在外部核心上
交钥匙解决方案
Trumpf 通过其交钥匙 TruLaser Weld 5000 进一步协助车间，Harooni 继续说道。这些客户“指望我们帮助他们并提供工艺参数以提高产量。”
Amada 激光焊接系统在 22 号冷轧机盖上执行 8' (2.44 m) 焊缝钢。该系统根据零件尺寸和数量提供多种配置，主要用于钣金应用。使用旋转更换台，操作员可以在焊接另一个工件的同时装载和卸载材料。
“特别是在食品行业，这有很多好处，因为零件可见所需的后处理量是巨大，”Harooni 说。 “我们的大多数潜在或现有客户都使用 MIG 焊接并希望改变激光。他们用 MIG 焊接 20 分钟，然后用 35 到 40 分钟打磨。通过激光焊接，无论他们从我们的电池中取出什么，都可以在不接触的情况下送往涂层或其他工艺。”
他补充说，根据功率和应用，该系统可以达到 250 到 300 ipm 的速度。对于较厚的结构部件，好处在于预处理 - 例如，消除厚板的边缘以准备用于 MIG 焊接的部件。
脉冲焊接限制热输入
对于进行维修和在生产工作中，脉冲焊接的灵活性因其限制热输入的能力而具有吸引力。脉冲焊接“是一个宽容的过程，”Alpha Laser 的 Wheeler 解释说。 “传统上，连续波激光想要穿透；脉冲激光仍然可以穿透，但也可以用来几乎不穿透。” Alpha 激光系统——包括其 ALFlak 系列——脉冲时间范围为 1 到 20 毫秒，具有正常范围为 5 到 7 毫秒。
Alpha Lasers 表示，其脉冲光纤和 YAG 激光器擅长提供低穿透水平和低稀释率——基础材料和添加填料之间的混合。 Wheeler 指出，在一个将脉冲激光与 TIG 工艺进行比较的示例中，激光进行了 0.055 英寸（1.40 毫米）的焊缝沉积，焊缝下方的热影响区仅为 0.008 英寸（0.20 毫米），焊缝稀释区为大约 0.006 英寸（0.15 毫米）。“当我解释激光具有较低的热输入时，这是一个不理解客户的测试，”他回忆说。“他们问 TIG 焊接有什么问题，我说，'让我解释一下您对基础金属所做的工作。' ”
在扩大制造商对脉冲焊接优势的认识方面，Wheeler 强调了材料的灵活性。“我们已经完成了从铜到不锈钢连接，”他解释道。使用铍铜底座，“我们把不锈钢一直在上面。我们使用过所有高端金属、铬镍铁合金和司太立合金等高温合金以及铸铁。传统上，我们的正常世界是工具钢。我们看到的一个重要应用是使用任何类型的不锈钢，尤其是 300 系列不锈钢，它很容易变形并且用激光非常好。”
经验丰富的激光焊工和多台机器必不可少跟上维修需求。在更换 TIG 焊接装置方面，最近出售给一家大公司的开关和控制部门的 Alpha 激光系统显着降低了报废率，从 15% 降至 3%，Wheeler 补充道。如果我们能做到完美，这个比率“应该会更低。它将提供大量的价值，前后的工作更少——无需预热或后处理&m破折号；并且应该显着减少整体周期时间。”造纸行业的另一个应用是焊接一个 30 英尺（9.14 米）长的组件，内部装有 6,000 根管子。甚至有人谈论单脉冲激光系统能够取代一对钎焊线。
车间观点
当橡胶上路时——或者更准确地说，当光束击中金属 — 一些商店正在打造令人印象深刻的激光焊接系列。
大约 10 年前，位于宾夕法尼亚州米德维尔的 Phoenix Laser 决定使用德国的 Alpha Lasers，并创建了 Alpha Laser U.S. 作为公司的北美经销商。从那里开始，Phoenix 已经从其工具和模具基础扩展到执行激光熔覆和硬化。 Wheeler 指出，Meadville 曾经是世界工具和模具之都，在 Phoenix 总部方圆 50 英里的范围内有大约 300 家商店。现在，凤凰城有四个地点，包括堪萨斯城、俄亥俄州凯霍加瀑布和印第安纳州布鲁克维尔。其中分布着 20 多个激光焊接系统。
使用激光修复工具和模具“非常精确，由于没有预热或后热，热输入超低，”Wheeler 说。 “我们可以在 10 分钟内完成一个零件。”
Phoenix 最近对一些大型容器进行了试运行，在接缝处使用脉冲焊接。由于壁特别薄，因此担心 TIG 或 CW 激光连接的热量输入过多。
Chicago Welding and Fabrication 是 Alpha Laser 最忠实的用户之一，该公司最近购买了一台 300 瓦的装置。 Chicago Welding 大约 15 年前开始涉足激光焊接，首席运营官 Gary Wealther 回忆说，但当时的机器往往有些不可靠。从模具维修开始，该业务将医疗和生产焊接纳入其业务范围。
激光焊接最初的吸引力在于有限的热影响区和没有“附带损害”，他不ed-最终，“能够做你做不到的事情。”也就是说，他指出，有些项目需要结合使用 TIG 开始，而精密区域需要激光焊接。
Wealther 回忆说，在最初使用旧系统经历了陡峭的学习曲线之后，他更喜欢像 Alpha Laser 这样的公司那“帮助你做一切”。由于精密零件 Chicago Welding 工艺，“我们在显微镜下进行焊接”，甚至还有一个微加工室。得益于脉冲 YAG 激光器的多功能性和精确性，他的公司可以加工诸如采用专用不锈钢制成的要求苛刻的医疗部件，这些部件会因 TIG 焊接而翘曲。
虽然激光焊接速度较慢，但他补充说，“你没有变形，没有热量。”因此，随着工作的到来，找到适合激光器功能的合适方案对于为客户提供最快、最经济和最佳的解决方案至关重要。和当工作合适时，他的 300-W Alpha 激光器可以胜任。他说：“我们非常喜欢那台机器。”
一些焊接智慧
在花费大量时间改进和突破 Amada 的板材焊接系统的极限之后，Belz 热衷于建议更小的商店如何使流程适合他们。 “我们从一开始就认为我们 99% 的客户都是原始设备制造商，”他回忆道。然而，事实证明“我们的大多数客户都是进行大量焊接的加工车间”——尽管他名单上接下来的几个安装是为原始设备制造商提供的。 “原始设备制造商花了一点时间来适应它，但 [现在] 看到了好处。”
在制造商的行列中，他指出了两种类型：焊接车间和焊接车间。
前者“可能焊接了 90% 的产品线。他们有焊工，他们懂焊接，他们很容易合作，因为他们会看到我们在做什么做——他们会理解的。我们进来，安装，给他们一些培训，然后他们会把我们踢出去并说，'我们会在需要你的时候给你打电话。'”但是对于焊接的商店来说，“那是对他们来说痛苦的地方是因为他们找不到焊工，或者他们在后处理上花费了太多时间。”为了让这些客户对焊接感到满意，“我们查看他们的零件并查看他们的 CAD 并进行一些修改以实现更紧密、更好的配合。”
重新设计步骤对于成功至关重要，Belz 继续说道。 “我们有很多客户想要了解如何设计以优化激光焊接。其他人拥有现有的产品线，我们希望看到哪些部分或哪些部分带来了最大的痛苦。他们通常有很多。”
在起草、测试、验证和安装焊接工艺后，几乎所有的后处理都被取消了。零件可以“直接进入喷漆房：否更多地打磨焊缝。”最后，“有些客户只想将它用于特定部件，而其他客户则希望将它用于所有东西。你必须对其进行分类。”
值得注意的是，去年，美国国家标准与技术研究院公布了其为期三年的项目，旨在收集激光焊接最基本方面的数据。计算机建模人员正在使用这些数据创建激光焊接模拟，旨在让制造商更好地控制工艺。
该项目说明了一个关键点：激光焊接——特别是在控制飞溅、裂纹和孔隙率方面在最大化吞吐量的同时 - 尽管它在许多行业取得了长足进步，但仍是一项正在进行的工作。
