使用氦和氬激光焊接降低汽車生產(chǎn)成本

在競爭激烈的汽車市場中，人們迫切需要速度。從消費(fèi)者的角度來看，他們更關(guān)心的是馬力。但在制造業(yè)，速度完全取決于生產(chǎn)和生產(chǎn)力。由于車身設(shè)計、認(rèn)知質(zhì)量和擁有成本等多種因素，美國汽車制造商逐漸失去了市場份額。
雖然本文沒有討論車身設(shè)計，但提高質(zhì)量和生產(chǎn)力的策略是討論的重點(diǎn)。兩者都可以使用混合加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)將激光焊接與傳統(tǒng)的氣體保護(hù)焊（GMAW）相結(jié)合。
激光參數(shù)，如波長、光束質(zhì)量、點(diǎn)尺寸、功率密度、燃燒深度和光束位置，對成功焊接至關(guān)重要。其他參數(shù)包括GMAW能源的常規(guī)補(bǔ)充和脈沖轉(zhuǎn)移、GMAW焊絲的定位、焊絲的接觸角和化學(xué)性能。此外，基底材料氧化物的表面條件、接頭的設(shè)計、焊縫的寬度以及保護(hù)氣體的類型和流速也會影響混合焊接工藝的質(zhì)量和性能。
以下將詳細(xì)介紹氣體選擇對許多方面的影響，包括激光束相互作用、保護(hù)效率、焊接墊性能以及用于運(yùn)輸標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物和流速的設(shè)備。
混合激光加工技術(shù)結(jié)合了焊接現(xiàn)場區(qū)域的二次能量。混合加工技術(shù)充分利用了混凝土的激光焊接。這些優(yōu)點(diǎn)包括提高焊接速度、限制熱封裝面積、減少焊接和焊接主軸的良好形狀。作為二次能源，GMAW提高了整體能源效率，降低了設(shè)備成本，還提高了焊接孔的能力。此外，它降低了冷卻速度，提高了鋁的能量耦合效率。
其次，盡管GMAW的能量供應(yīng)成本更為復(fù)雜，但它是通過減小焊接所需的諧振孔的尺寸來降低的，從而降低了整機(jī)的成本。基于預(yù)期結(jié)果，可以確定GMAW焊絲進(jìn)給位置是在激光束之前還是之后。采用后續(xù)的GMAW送絲方式可以達(dá)到更高的焊接速度。GMAW焊絲被送入激光產(chǎn)生的熔池，從而減少了熔化焊絲所需的二次能量。
當(dāng)填充焊絲到達(dá)尾部時，GMAW電弧也會產(chǎn)生等離子體，導(dǎo)致基底蒸發(fā)，并導(dǎo)致熔化的熔池前緣下降。熔池中的這種凹陷減少了激光束需要穿透的總深度，從而提高了穿透性能。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，可以證明，從關(guān)鍵孔或焊接區(qū)域發(fā)射的蒸汽顆粒會導(dǎo)致激光束的衰減（散射和吸收），從而減少與基底材料結(jié)合的輻射能量。激光束的擴(kuò)散和吸收降低了焊接的速度和深度。這兩個粘合層決定了顆粒越大，阻尼效果就越大。
氦保護(hù)氣體帶來最小的平均蒸汽顆粒尺寸。這表明純氦是CO2或YAG激光焊接中控制顆粒尺寸的最佳選擇。我們不得不承認(rèn)，與氬相比，氦具有更高的電離率和更低的等離子體形成電壓，但其分子量較小。因此，氦保護(hù)氣體需要高流速，以確保金屬蒸氣從激光束的路徑有效排出。由于氦氣的單位成本高于氬氣，這增加了焊接過程中每英尺的平均成本。