碟片激光器在金属焊接领域的应用分析

来源：塑胶五金网发布时间：2014-09-04 09:25:20点击率：

　　过去几年，由于视觉营销战略的盛行，零售商店日益重视展柜的设计美感。展柜、装饰性元件、支架或商店柜台对金属组件的质量要求也相应提高。如今，这些元素被视为贸易公司提升品牌形象的一个关键因素。要想提高在商用家具制造业的竞争力，就需要新的加工工艺来提高生产率，在不影响质量的前提下降低生产成本。

　　一家在激光切割金属板材领域具有多年专业经验的公司Hydracorte，正努力开拓碟片激光焊接技术在该领域的发展，为这一商业部门的焊接金属组件提供灵活高效的解决方案，这一应用是用电弧焊来实现的。

　　为了发展这项新的业务单元，Hydracorte与AIMEN技术中心倾力合作研发，开发激光焊接应用技术，提升设施的技术级别，接触新的工业需求市场。AIMEN位于西班牙的拉科鲁尼亚，过去40年来通过研发和技术服务致力于发展和加强竞争力。

　　激光技术的不断进步推动了Hydracorte的制造工艺向前发展，使其拥有更灵活的生产系统来缩短交货期，并且为客户提供更快和更有效的切割、焊接和金属成形服务。Hydracorte拥有设施完善的大型场地，其中包括范围广泛的激光切割、焊接和打标的先进设备，能用灵活和经济的方式来制造部件，并提供全面的服务。

　　CO2激光切割

　　Hydracorte拥有三套Trumpf的CO2激光切割系统用于金属板材切割(主要是碳钢、不锈钢和铝合金)，如图1所示。能切割0.5mm-25mm的无涂层和镀锌钢、厚至30mm的不锈钢和厚至20mm的铝合金以及铜和钛等其他材料。设备自动化程度高，例如可以处理各种厚度的单激光切割头、自动喷嘴更换器、自动板材加载和卸载系统(且与机器人储存系统连接起来)，这可以提高生产效率，具有大批量生产的能力。

　　此外，还拥有两台Trumpf的CO2激光管材切割机，用于处理各种型材(圆形、方形、矩形、椭圆等)：一台TruLaserTube5000型具有2.7kW的输出功率，TruLaserTube7000具有3.6kW的激光输出功率，可以切割厚度大为10mm管材。该设备可以加工直径从10mm-250mm的型材。这些机器还包括自动加载系统，可以处理6m长的型材，还有管接缝焊接探测器，以便将要加工的部件放到正确的位置。

　　碟片激光焊接

　　Hydracorte还拥有Trumpf的TruLaserRobot5020机器人激光焊接系统，配有一个输出功率为4kW的TruDisk4002碟片激光光源，带有两个输出光纤。小的光斑直径分别是0.2mm和0.6mm，光束质量为8mmxmrad，带有BEOD70激光头(200mm焦距)，这让其能提供适应不同应用的焊接服务，甚至包括质量标准的焊接。并配备KukaKR30HA六轴机器人、旋转可倾斜工作台、双工位回转工作台和水平旋转轴。

　　这些组件使它能获得极高的精确性、可靠性、可重复性，并能帮助激光切割工艺实现质量和精确性的大化。

　　激光对制造过程的影响

　　为了评估激光焊接在制造过程和典型应用方面所带来的影响(技术和生产)，Hydracorte公司与AIMEN技术中心合作发起了MONACO项目，目的是为了借助激光技术研发辅助家具和装饰组件的新概念。该项目获得了西班牙加利西亚政府和欧洲区域发展基金(EuropeanRegionalDevelopmentFund)的赞助。

　　这个项目对使用碟片激光进行焊接的几种形状的接头(对接接头、搭接接头和角接接头，见图3)以及几种金属材料和不同厚度的组合(目前制造业中常见的组合)进行了评估，并且与钨极气体保护电弧焊(GTAW)进行了比较，见表1.

　　这些测试定义了激光加工工艺参数窗口(激光功率、焊接速度、焦点位置和保护气体类型及流速)，以尽可能获得出色的几何质量和微观结构、功能以及工艺精美的焊缝。

　　在金属家具制造领域，激光焊接的对接接头一般在激光切割和折弯之后用于型材的封边和子组件的组装。对于这种形状的接头来说，要想保证激光焊缝的质量，对接头的定位和调整尤为关键。为此，板材边与边之间的距离应小于0.15mm.

　　搭接接头可以用于家具子组件的组装，这种形状的接头是一种建设性的解决方案，非常适合使用激光焊接工艺，并有助于开发新的组件从而大化激光焊接技术的生产能力。这是因为它可以减少对接接头的数量，有利于组件的定位。

　　，角接接头广泛应用于商用家具、办公或家用家具的组件制造，在封边处接近，从而取代胶粘剂或机械接头，而后者容易被腐蚀。为了获得美观和表面光洁的接头，一般使用激光焊接的传导模式。已经使用此方法开发了几个示范家具组件，例如衣柜挂架和不同类型的货架或门面装饰件等。

　　为了充分展示和量化激光焊接相比较常规电弧焊接工艺的好处，Hydracorte和AIMEN技术中心一起进行了测试，他们用激光和GTAW焊接了一系列范围广泛的样品，首先是激光焊接试样，然后是演示组件(图4)，还进行了冶金性能测试和外观观测。

　　激光焊接的优点

　　与以前的焊接工艺相比较，激光技术的主要好处包括：

　　更高的生产率。依据不同应用，焊接速度提高了4至8倍。作业的精确性，能精确放置能量点。高重复性。深熔焊接的工件具有小的焦点尺寸和高的功率密度。深熔焊接的焊接熔深比率高。可以焊接具有复杂几何图形的接头以及不同图案的组件。总的热作用低(图5)，因而造成的微结构变形非常小，热影响区也较窄。焊缝的外观质量高。工件的热变形小。焊后操作时间短，成本低。由于作业距离大，因而具有更高的加工灵活性。

　　激光焊接与电弧焊的填充材料比较

　　需要调整前面工序的公差(激光切割和折弯)。需要制作特别的焊接工具，来适应新的激光焊接工艺制作组件的过程。需要更复杂和更精确的焊接工具。可以开发具有创新设计的新组件，使其能适应具有更高灵活性的焊接技术。在这种情况下，成本效益高的激光焊接工艺使得工件的设计要与激光技术兼容。正确的设计和激光焊接定位可以获得无需后处理的高质量焊缝。

　　为了发展这个新的业务领域，Hydracorte目前正在与AIMEN技术中心合作开发多种与不同的激光工艺相关的研发项目：

　　ETNA项目：Hydracorte主导的用激光增材制造具有高附加值的组件项目，目的是开发一个可选择定位的激光增材制造系统，以实现零件的工业化生产。

　　AUTOLAS项目：灵活并易于使用的专家系统(expertsystem)的机器人激光系统。这一项目的主要目的是为小型和中型企业提供可行的解决方案，以在其车间安装机器人激光系统，并且保持的成本和操作人员要求，而这通常是阻止中小企业使用该系统的主要障碍。项目范围包括开发离线系统，以从3DCAD文件获取机器人程序，

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