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鐳射電弧複合焊工藝

發佈時間 : 09/27/2018 瀏覽次數 : 216
新型奧迪A8汽車的生産中,其的側頂梁上有各種規格和形式的接頭,它采用了鐳射複合焊工藝,焊縫共計4.5m長。

鐳射電弧複合焊有話要說。

鐳射電弧複合焊是將鐳射熱源和作爲第二熱源的電弧複合起來作用在同一熔池上的焊接方法。鐳射電弧複合焊結合了鐳射和電弧的優勢,使其既具備一般電弧焊的高適應性特點,又具備鐳射焊接的大熔深、高速、低變形的特點。鐳射電弧複合焊中所添加的電弧主要有TIG電弧、等離子弧和GMA電弧(即熔化極氣體保護焊,包括MIG焊和MAG焊)。鐳射-GMA電弧複合焊是目前最受業界矚目,研究和應用最廣的一種。
     

鐳射-電弧複合焊原理圖
 
鐳射電弧複合焊工藝分析:由于鐳射複合焊相對于鐳射自熔焊有更好的間隙適應性, 鐳射和電弧的相互作用可以達到更寬的熔寬和更深的熔深, 並且擁有較高的焊接效率。而且還可用于厚板的多層多道焊接。因此鐳射複合焊的應用也隨之越來越廣泛。

在鐳射複合焊接時, 除了我們行業內熟識的鐳射熱源外還存在另外一種熱源— — 電弧。焊接電弧是指由焊接電源供給的, 具有一定電壓的兩電極間或電極與母材間, 在氣體介質中産生的強烈而持久的放電現象。

焊接電弧的本質其實與雷雨天氣時空中的閃電是相同的, 只不過焊接電弧是人爲可控的。通常與鐳射複合的熱源有TIG( 鎢極氩弧焊) 和MIG( 熔化極惰性氣體保護焊) 。TIG和MIG最大的區別之處就在于其放電産生電弧的電極不同。TIG的電極是由鎢針構成的, 由于鎢的熔點很高, 在焊接時其損耗很小, 需要時可以額外地填加焊料進行焊接。MIG,顧名思義,其産生電弧的電極是焊絲, 在焊接時由送絲機源源不斷地向前送絲, 而焊絲的末端會由于電弧的作用而不斷熔化, 過渡到熔池並形成焊縫的一部分。

電弧焊時的能量是由弧焊電源來提供的。弧焊電源的正、負兩極通過工件和焊槍上的電極導通而形成回路, 從而引燃電弧並維持電弧穩定地燃燒。弧焊電源與普通的電力電源不同, 是一種提供低電壓、大電流的電源, 電流一般可以達到幾百安培, Fronius T PS5000弧焊電源的最大焊接電流可達500A, 而正常焊接時電壓值只有幾十伏特。弧焊電源按照其輸出電流的形式可分爲直流電源、交流電源及脈衝電源等。弧焊時最主要的工藝參數就是焊接電流和焊接電壓,而脈衝焊Fronius鐳射複合焊接頭(MIG)接時會有脈衝頻率及脈衝峰值等一些參數可調節。

弧焊焊接時焊接電流主要決定了焊縫的熔深和余高。焊接電流增大後, 並且作用在工件的電弧推力和熱輸入均增加, 熱源位置下移,也有利于熱量向深度方向傳導, 熔深增加。熔深和焊接電流近于正比關系。在熔化極氣體保護焊時, 通常是通過改變送絲速度來改變焊接電流, 增加電流需要相應增加焊絲進給速度, 保證送絲量和焊絲熔化量的平衡, 由于焊絲進給量的增加, 並且熔寬增加較少,所以余高增大。

另外,MIG焊時,焊接電流與焊絲的直徑也相關, 焊接電流不變時,焊絲越細, 送絲速度就越快, 反之亦然。電流增大後, 弧柱直徑增大, 會使熔寬增加, 但是電弧潛入工件的深度增大, 電弧斑點移動範圍受到限制, 因此熔寬的增加量較小, 也就是熔寬增加量小于熔深增加量。弧焊焊接中, 焊接電流過大時, 通常會出現咬邊、氣孔、穿孔( 對于薄板而言) 及焊瘤等缺陷。由于焊接熱輸入過大, 工件的變形會更嚴重, 焊縫的熱影響區加大, 且更容易産生脆性的過熱組織, 韌性下降, 會影響到焊縫結構的強度。

焊接電壓實際是指電弧電壓, 電弧電壓與電弧弧長相關, 其主要影響了弧焊過程的穩定性及焊縫熔寬的大小。電弧電壓增大後, 電弧功率加大, 工件熱輸入有所增大, 同時弧長變長, 電弧分布半徑增大, 因而熔深略有減小而熔寬增大。由于焊接電流不變, 即送絲量不變, 熔寬增加, 余高自然減小。

電弧電壓過大時, 弧長過長, 氣體保護效果不好, 容易造成焊接過程不穩定, 及在一些角接焊縫或較深坡口裏施焊時, 還易造成弧偏吹。而電弧電壓過小時, 容易形成短路過渡,即焊絲末端熔化形成的熔滴與熔池形成短路,焊接飛濺明顯增加。電弧焊時爲了得到合適的焊縫成型, 在增大焊接電流時也要適當的提高焊接電壓, 在熔化極電弧焊時, 通常電弧電壓要根據焊接電流來確定。

根據不同的焊接方法及弧焊系統有不同的經驗公式來估算合適的電流、電壓值, 這對操作者的個人經驗及素質有很大的要求。爲了簡化實際操作的難度, 保證焊接電流和電壓能夠處在最佳的配合狀態, 現在已經發展了一元化MIG焊接系統,簡而言之,就是通過調節送絲速度, 而弧焊電源系統自動匹配恰當的電流和電壓值。在實際焊接時, 可以對電流或電壓等參數進行微調以達到最佳的焊接效果。

鐳射電弧複合焊涉及兩種熱源,需要對鐳射焊接的工藝參數和弧焊的工藝參數進行聯合優化,才能達到最優的焊接質量和焊接效果。

制造、生産出一款好的汽車産品,並不是說一種焊接技術用到底就OK了,其實涉及的技術是繁不勝數的,而鐳射電弧複合焊可以讓你實時掌握狀態。自動化的焊接代替了人工,生産出有質量、有美感的汽車。
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