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金屬鈑金新聞

激光用于不銹鋼管的焊接(二)

星之球激光 來源:機(jī)械專家網(wǎng)2012-07-28 我要評論(0 )   

激光焊接 在所有的鋼管焊接應(yīng)用中,鋼帶的邊緣被熔化,當(dāng)使用夾緊支架把鋼管邊緣擠壓到一起時,邊緣發(fā)生凝固。然而,對激光焊接來說,特有的性質(zhì)是它具有高能量的光束密...

 

激光焊接

 

在所有的鋼管焊接應(yīng)用中,鋼帶的邊緣被熔化,當(dāng)使用夾緊支架把鋼管邊緣擠壓到一起時,邊緣發(fā)生凝固。然而,對激光焊接來說,特有的性質(zhì)是它具有高能量的光束密度。激光光束不僅熔化了材料的表層,還產(chǎn)生了一個匙孔,以至焊縫外形很窄。

 

功率密度低于1MW/cm2的話,如GTAW技術(shù),就產(chǎn)生不了足夠的能量密度以產(chǎn)生匙孔。這樣,無匙孔的工藝得到的焊接外形寬且淺。激光焊接的高精度帶來了更高效率的穿透,這又減少了晶粒生長,帶來更好的金相質(zhì)量;另一方面,GTAW更高的熱能輸入與較慢的冷卻過程導(dǎo)致了粗糙的焊接結(jié)構(gòu)。

 

通常來說,人們認(rèn)為激光焊接過程比GTAW快,它們有同樣的廢品率,而前者帶來更好的金相特性,這就帶來了更高的爆破強(qiáng)度和更高的可成形性。當(dāng)與高頻焊接相比時,激光加工材料過程不發(fā)生氧化,這就使得廢品率更低,可成形性更高。

 

光斑尺寸的影響

 

在不銹鋼管廠的焊接中,焊接深度是由鋼管的厚度決定的。這樣,生產(chǎn)目標(biāo)就是通過減小焊接寬度來提高可成形性,同時實(shí)現(xiàn)更高的速度。在選擇最合適的激光時,人們不能只考慮光束質(zhì)量,還必須考慮軋管機(jī)的準(zhǔn)確性。此外,軋管機(jī)在尺寸上的誤差起作用以前還必須先考慮減小光斑時受到的限制。

在鋼管焊接中特有的尺寸上的問題很多,然而,影響焊接的主要因素是,在焊接盒(更具體的說,是焊接卷)上的接縫。一旦鋼帶經(jīng)過成形加工準(zhǔn)備進(jìn)行焊接時,焊縫的特徵包括了:鋼帶間隙、嚴(yán)重/輕微的焊接錯位、焊縫中線的變化。間隙決定了要用多少材料來形成焊池。壓力太大將導(dǎo)致鋼管頂部或者內(nèi)徑材料過剩。另一方面,嚴(yán)重或者輕微的焊接錯位會導(dǎo)致焊接外形不佳。

 

此外,經(jīng)過焊接盒之后,鋼管將被進(jìn)一步修整。這包括了尺寸調(diào)整和形狀(外形)上的調(diào)整。另一方面,額外的工作能夠去除一些嚴(yán)重/輕微的焊接缺陷,但是可能無法全部清除。當(dāng)然,我們希望實(shí)現(xiàn)零缺陷。一般來說,經(jīng)驗法則是焊接缺陷不要超過材料厚度的百分之五。超過這個數(shù)值,將影響焊接產(chǎn)品的強(qiáng)度。

 

最后,焊接中線的存在對于高質(zhì)量不銹鋼管的生產(chǎn)來說是很重要的。隨著汽車巿場對可成形性的日益重視,與之直接相關(guān)的就是需要更小的熱影響區(qū)(HAZ),并且減小焊接外形。反過來,這就促進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展,即提高光束質(zhì)量以減小光斑尺寸。隨著光斑尺寸不斷變小,我們需要更多的關(guān)注于掃描接縫中線時的精確度。一般來說,鋼管制造商會盡可能的減小這個偏差,但是實(shí)際上,要達(dá)到0.2mm(0.008英寸)的偏差是很困難的。

 

這帶來了使用焊縫跟蹤系統(tǒng)的需要。最普遍的兩種跟蹤技術(shù)是機(jī)械掃描和激光掃描。一方面,機(jī)械系統(tǒng)使用了探針來接觸焊接池的接縫上游,它們會沾灰,磨損和振動。這些系統(tǒng)的精確度是0.25mm(0.01英寸),這對于高光束質(zhì)量的激光焊接來說是不夠精確的。

 

另一方面,激光焊縫跟蹤可以實(shí)現(xiàn)所需要的精確度。一般來講,激光光線或者激光光點(diǎn)被投射在焊縫表面,得到的圖像被反饋到CMOS攝像機(jī),該攝像機(jī)通過算法來確定焊縫、錯誤接合和間隙的位置。

 

雖然成像速度是很重要的,但是在提供必要的閉環(huán)控制以直接在接縫上移動激光聚焦頭時,激光焊縫跟蹤器必須有足夠快的控制器來精確編譯焊縫的位置。因此,焊縫跟蹤的準(zhǔn)確性很重要,而響應(yīng)時間也同樣重要。

 

總的來說,焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)得到充分發(fā)展,也能夠允許鋼管制造廠利用更高質(zhì)量的激光束,來生產(chǎn)可成形性更好的不銹鋼管。

 

因此,激光焊接找到了用武之地,它被用于降低焊接的多孔性,減小焊接外形,同時保持或者提高焊接速度。激光系統(tǒng),如擴(kuò)散冷卻板條激光器,已經(jīng)提高了光束質(zhì)量,通過降低焊接寬度進(jìn)一步提高可成形性。這項發(fā)展導(dǎo)致了鋼管廠中更嚴(yán)格的尺寸控制和激光焊縫跟蹤的必要性。

 

這樣,不銹鋼管廠焊接過程的成功有賴于所有個別技術(shù)的整合,所以必須把它當(dāng)成一個完整系統(tǒng)來對待。

 

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