二極管激光器應(yīng)用于拼焊板焊接

 通常來說，所有類型的都適合于拼焊板焊接。然而，這些器在焊接性能和能效等方面存在相當(dāng)大的差異。全球最大的鋼鐵生產(chǎn)商安賽樂米塔(ArcelorMittal)的子公司ArcelorMittal Tailored Blanks已使用了德國Laserline(利澤萊恩)公司的二極管激光器來替代之前的。這類二極管激光器以其得到驗(yàn)證的可靠性和優(yōu)異的焊接質(zhì)量著稱。此外，二極管激光器的經(jīng)濟(jì)效益也尤為突出。

只有為數(shù)不多的進(jìn)入一輛成品車的人會(huì)了解到完成車身結(jié)構(gòu)所需投入的巨大的技術(shù)努力?？吹侥切┩庑尉?、極具吸引力的漆門和側(cè)板，你可能不會(huì)猜到從原材料到半成品，再到最后的成品部件事實(shí)上是花費(fèi)了相當(dāng)大的心血。這或許就是它們?cè)緫?yīng)該呈現(xiàn)的樣子，因?yàn)楫?dāng)背后潛藏的努力被隱匿起來時(shí)，便可能滋生出美學(xué)情趣。同時(shí)，客戶期望汽車的車身部件能夠提供最佳的保護(hù)性能，并且車子本身具有合理的價(jià)格。因此，汽車車身工程的目標(biāo)便是以一種最理想的方式將迷人的外形、最大的穩(wěn)定性和最高的效率等要素有機(jī)結(jié)合起來。

拼焊板：完整車身的前期工序

拼焊板是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵 ——鋼坯在單個(gè)加工步驟中被轉(zhuǎn)化為實(shí)際的車身鋼板。這些半成品由具有不同材料厚度和質(zhì)量的金屬板材焊接構(gòu)成。當(dāng)設(shè)計(jì)它們時(shí)，之后的部件特定的材料厚度和強(qiáng)度已得到了精確的界定。這提高了部件的剛度，并且允許在某些部件處精確地定位和轉(zhuǎn)換吸收碰撞能量。同時(shí)，其他區(qū)域經(jīng)過特別的加固處理以保護(hù)乘客，從而顯著提高事故情況安全性。

沖壓前后的激光拼焊板

同時(shí)，通過預(yù)切割坯料來優(yōu)化鋼材和鋁材的消耗，從而降低了成本。然而，拼焊板最重要的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)部件的局部要求選用具有不同厚度的特定的高強(qiáng)度鋼或金屬板件，從而實(shí)現(xiàn)減重目的。由于減重和降低材料消耗相輔相成，車輛的安全性和效能也一并獲得改善。

當(dāng)生產(chǎn)拼焊板時(shí)，不同金屬板料的焊接主要使用激光對(duì)接焊縫，這能夠?qū)崿F(xiàn)最佳的功率傳輸和最理想的成形特性。為此，在這種工藝中需要使用二極管激光器、固態(tài)激光器或CO2激光器。然而，CO2激光器越來越被認(rèn)為是不經(jīng)濟(jì)的方案，因?yàn)樗鼈兊男屎艿?，通常為百分之十。AMTB 也持同樣的觀點(diǎn)。該公司是為不斷增長(zhǎng)的熱成型車身部件市場(chǎng)提供定制解決方案的領(lǐng)先制造商。因此， 這家全球最大的鋼鐵制造商ArcelorMittal的國際運(yùn)營(yíng)子公司決定使用新的來替代過去傳統(tǒng)的CO2激光器。

二極管激光器：拼焊板焊接的理想選擇

選取一款新的激光器類型則是更新發(fā)展的第一步。在固態(tài)激光器中，二極管泵浦和也得到了考慮：這兩種激光器在焊接應(yīng)用領(lǐng)域均已被認(rèn)可，并且具有30%的效率。首先，光纖激光器是AMTB公司最鐘意的選擇，主要是基于他們初期的使用經(jīng)驗(yàn)。但是，AMTB公司隨后決定不采用已得到測(cè)試的光纖激光器，而是青睞于選用Laserline的光纖耦合二極管激光器。成立于1997年的Laserline總部位于德國Mülheim-K?rlich(靠近科布倫茨)市，該公司是全球工業(yè)二極管激光器的市場(chǎng)先驅(qū)，并且對(duì)這種技術(shù)的發(fā)展起到了決定性的影響。

與最初選擇的光纖激光器相比，Laserline首先在他們內(nèi)部的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室開展了成功的試運(yùn)行：攜手AMTB公司針對(duì)不同原材料的焊接點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試并且得到了相應(yīng)的工藝參數(shù)。在所有測(cè)試中均證明了二極管激光器的光束質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性，因此在2011年12月，AMTB將其第一臺(tái)CO2激光器替換為L(zhǎng)aserline的LDF 5000-40光纖耦合二級(jí)管激光器(400μm光纖以及5kW激光功率)。當(dāng)測(cè)試結(jié)果在生產(chǎn)過程中得到確認(rèn)后，后續(xù)的設(shè)備安裝也源源不斷。同時(shí)，在AMTB公司位于歐洲、印度和澳大利亞的幾個(gè)生產(chǎn)工廠內(nèi)，Laserline的二極管激光器都得到了使用。

穩(wěn)定的熔池 優(yōu)良的可靠性

就焊接工藝而言，與其它類型的激光器相比，二極管激光器在許多方面都展現(xiàn)出優(yōu)越性。比如，其中一個(gè)工藝優(yōu)點(diǎn)是其熔池特別穩(wěn)定：“盡管它們的工作距離適中，二極管激光器在金屬板件或激光光學(xué)元件上產(chǎn)生的熔融金屬飛濺物少很多，并且形成的焊縫更清潔、更平滑。此外，與聚焦到一個(gè)較小的點(diǎn)的激光器相比，二極管激光器可以跨越更大的間隙。”Laserline 公司的歐洲銷售經(jīng)理Dr. Andre Eltze 解釋道。

二極管激光器所發(fā)出的激光特征明顯，其中激光為平頂光束的分布、波長(zhǎng)在930到1060nm之間，最多有四個(gè)波長(zhǎng)耦合而形成。這些因素是二極管激光器在工藝優(yōu)勢(shì)以及焊接過程中穩(wěn)定性的原因所在。此外，二極管激光光束能更容易被高效地吸收，因?yàn)槠洳ㄩL(zhǎng)相較于光纖激光器或碟片激光器(典型波長(zhǎng)在1030和1070nm之間)的波長(zhǎng)來說更短。“然而，為了符合汽車車身領(lǐng)域的應(yīng)用，激光器需要提供的不只是良好的焊接結(jié)果”，Laserline應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的工程師Anne Kathrin Krause說道。“在惡劣的外部環(huán)境中穩(wěn)定工作也是很重要的。”

使用二級(jí)管激光器焊接待使用的光學(xué)元件

在這種情況下，二極管激光器因其所具備的這種穩(wěn)定性就備受青睞。通過將壓縮空氣導(dǎo)入激光器關(guān)鍵部件(防護(hù)等級(jí)IP 54)，灰塵和飛濺的水因此無法侵入;而二極管激光器的功能即使在不利的環(huán)境條件下仍然可以保證。因此，不同于其它激光器需要被放置在一個(gè)密封的可調(diào)溫度濕度的容器之中，此種方案會(huì)增加維護(hù)成本并增加維修難度，二極管激光器則完全不存在此類問題。

設(shè)備整體的高效能

“對(duì)于AMTB公司而言，選擇Laserline的產(chǎn)品的決定不僅基于其二極管激光器的穩(wěn)定性和焊接質(zhì)量。一個(gè)同樣重要的理由是他們杰出的效率“，Andre Eltze博士補(bǔ)充說道。二極管激光器高達(dá)39%的高效率降低了每千瓦激光功率的能量輸入，從而也降低了包括相關(guān)成本在內(nèi)的冷卻需求。此外，二極管激光器的維護(hù)需求更低，特別是與CO2激光器相比。因此，他們?cè)谶@方面也更具成本效益。例如，Laserline建議每年對(duì)激光器進(jìn)行一次預(yù)防性維護(hù)，而這只需要大約半天的時(shí)間。

所以，AMTB公司選擇二極管激光器是合乎邏輯的，特別是由于Laserline的激光器系統(tǒng)證明了其焊接速度，因?yàn)樗鼈兺耆珴M足了工藝要求。除了采用5kW功率輸出、更適合焊接薄金屬板件的二極管激光器外，AMTB還使用了6kW功率的LDF 6000-40二極管激光器。這為典型厚度介于0.5至2.8mm的材料提供了可靠的焊接。

最后，Laserline的保修期是另一個(gè)令人信服的地方：雖然其他制造商能夠提供兩到三年的保修期，但Laserline為其二極管發(fā)光堆棧提供長(zhǎng)達(dá)五年的保修期。因此，AMTB 安裝的不僅是一個(gè)擁有卓越的工藝品質(zhì)和效率的解決方案，同時(shí)也提供了長(zhǎng)期規(guī)劃所需的安全性。