激光焊接憑借其更快的處理速度和更高的質(zhì)量可能會(huì )很快占領(lǐng)整個(gè)加工工藝領(lǐng)域，你是這樣認為的嗎？然而，答案是：傳統的焊接仍將繼續。并且取決于您用法和工序，傳統焊接技術(shù)可能永遠不會(huì )消失。那么，在現在市場(chǎng)中，每種方法的利弊將會(huì )帶來(lái)什么呢？

Trumpf的Fusion Line具有激光輔助的焊絲，可將更多質(zhì)量引入焊縫，彌合最大1毫米寬的間隙。

傳統焊接方式仍然會(huì )十分流行。廣義上講，工業(yè)上使用的三種傳統焊接類(lèi)型是MIG（金屬惰性氣體），TIG（鎢極惰性氣體）和電阻點(diǎn)。在電阻點(diǎn)焊中，兩個(gè)電極壓制要在它們之間接合的零件，迫使大電流通過(guò)該點(diǎn)，零件材料的電阻產(chǎn)生將零件焊接在一起的熱量，此為汽車(chē)行業(yè)，尤其是在白車(chē)身焊接上的主流手段。

熱衷于MIG（金屬惰性氣體保護焊接）

是什么造成了MIG持久的人氣？連續送絲是易損耗的，因此，它增加了材料并增強了焊縫，使其非常適合（零件垂直的）角焊。自生激光可將兩種母體材料融合在一起。激光可以進(jìn)行角焊，但是零件和其他零件的精度和精密度必須嚴格一個(gè)數量級。

在圓角上進(jìn)行MIG焊接時(shí)，公差至少為線(xiàn)徑的正負一半，通常甚至更大。同樣MIG用于其他類(lèi)型的焊接工藝窗口要比激光大很多。換句話(huà)說(shuō)，零件不必像自發(fā)激光那樣精確，固定裝置也不必確保幾乎完美的配合。換句話(huà)說(shuō)，零件不必像自發(fā)激光那樣精確，固定裝置也不必確保幾乎完美的配合。

MIG焊接也更易于自動(dòng)化，需要控制只有行進(jìn)速度，電壓，安培數，割炬角度和工作角度，此外，就算精度只有一半，仍然能得到良好的焊接效果。而自動(dòng)化激光焊接需要機器人具有出色的路徑精度和可重復性，并且需要控制焊接過(guò)程中的更多因素。TIG（鎢極惰性氣體保護焊接）在這方面是相似的。

這并不是說(shuō)自動(dòng)進(jìn)行MIG焊接非常容易，任何人都可以做到。它仍然需要專(zhuān)家來(lái)進(jìn)行編程和診斷問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗和科學(xué)證據，傳統焊接已廣為人知。我們知道如何做出可預測的結果來(lái)交付結構所需的接頭。盡管我們擔心的是熟練工人的短缺，這對行業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)真正的問(wèn)題，但是仍然有大量經(jīng)驗豐富的焊工，技術(shù)人員和工程師存在，他們都熟悉傳統工藝的管理。對于大多數產(chǎn)品，這是一種簡(jiǎn)單，廉價(jià)的解決方案，能夠提供不錯的結果。

MIG或TIG系統的前期成本通常低于激光系統。但是，激光的成本一直在下降，并將繼續下降。激光的成本大約是激光焊接系統成本的三分之一至一半，而根據焊接能力而定的成本將每年下降10-15％。

左側焊縫下方的深色區域顯示出良好的MIG焊縫的深度熔深和完全熔合。右圖顯示了具有完全熔合但熔深很淺的激光焊接，可減少填料和基材之間的混合。

然而激光加工頭比傳統的加工頭昂貴，傳輸光纖也很昂貴，維護激光電池也更昂貴。例如，激光電池必須“不透光”，為4” （101.6毫米）厚的壁可以承受10分鐘的直接撞擊而不會(huì )燒穿。（激光不會(huì )聚焦在4英寸[101.6毫米]厚的深度上。）TIG和MIG系統可以用便宜的金屬板屏蔽允許有差距。

另一方面，如我們將看到的那樣，考慮到吞吐量和單件成本的差異時(shí)，激光通常會(huì )獲勝。對于TIG來(lái)說(shuō)尤其如此，這是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，需要很高的技術(shù)水平，因此使用起來(lái)很昂貴。出于這個(gè)原因TIG在很大程度上限于工業(yè)食品設備、電器，以及一些精密組件的制造上。但是，如果需要大量生產(chǎn)這些零件，激光系統上的投資回報率將“推倒一切” TIG，因此在這些情況下自然可以代替。

來(lái)自位于美國伊利諾伊州霍夫曼莊園的Trumpf Inc.激光焊接產(chǎn)品經(jīng)理Masoud Harooni表示，即使TIG也無(wú)法為食品加工和其他對外觀(guān)至關(guān)重要的應用提供令人滿(mǎn)意的表面。此外，可見(jiàn)焊縫的激光焊接速度比TIG快兩到三倍。如果您在冰箱或類(lèi)似零件上看到一個(gè)合適的半徑，則說(shuō)明它是被研磨過(guò)或采用激光焊接方式加工。

推進(jìn)采用激光焊接的趨勢

當下，美國制造業(yè)趨于保守。如果沒(méi)有問(wèn)題要解決，則選擇成本最低，功能最強大，最基礎的解決方案。因此，人們只有在MIG焊接不起作用或TIG焊接太慢時(shí)才會(huì )將目光投向激光。批量TIG焊接要么已經(jīng)轉移到國外，要么已被激光替代，那么激光對MIG的挑戰在哪里？

一個(gè)主要的問(wèn)題是焊接冶金或結構損壞，可能是由MIG相對較長(cháng)且廣泛的傳遞到零件中的熱量和較長(cháng)的冷卻周期造成的。相反，激光可以用極小的光束傳輸熱能，并僅熔化局部區域?？偀崃枯斎氡萂IG要少得多，并且零件冷卻非?？?，從而將變形和焊接冶金影響降至最低。

由于其熱源距離一定距離且下方的熔體區域高度集中，激光焊接就像魔術(shù)一樣。

Harooni提供了一個(gè)有用的類(lèi)比：“想象一下，相比起一根針，在沙灘上喝一瓶水。如果在瓶子上放五磅重的東西，它就不會(huì )滲入沙子。但是，如果您只在針上放幾盎司，它就會(huì )。想想您施加的熱量是熱量，瓶子是MIG，針頭是激光。”

與MIG相比，激光將熱量輸入減少了大約85％，焊縫中的殘余應力與熱量輸入成正比。投入的熱量越多，產(chǎn)生的殘余應力就越大。屈曲，變形和收縮，以及所有這些在生產(chǎn)加工工程中會(huì )導致噩夢(mèng)的情況。

另一個(gè)例子，由于浮陰極問(wèn)題，因為電弧不穩定，所以MIG焊接鈦很困難。因此，激光焊接鈦是一個(gè)完美的選擇。對于6000系列鋁，問(wèn)題在于熱裂紋。熱裂紋是硅化鎂遷移到晶界的現象。因此，如果可以在硅化鎂遷移之前加熱，熔化和冷卻材料，則可以創(chuàng )建無(wú)裂紋的焊縫。激光可以使用最新的掃描技術(shù)來(lái)做到這一點(diǎn)，在這種技術(shù)中，可以使用反射鏡來(lái)回移動(dòng)光束。

激光焊接的驚人效率

大多數激光應用都是在難焊接的材料中進(jìn)行的。激光焊接的憑借其超高效率，使多數鈑金項目也正在轉向激光。有多快呢？Trumpf的Harooni講到，MIG焊接通常以每分鐘20-30英寸（508-762毫米）的速度進(jìn)行，最多為每分鐘40英寸（1,016毫米），而激光可以以每分鐘近200英寸（508厘米）的速度焊接，因此僅連接過(guò)程就已經(jīng)快得多。此外，使用激光焊接也大大減少了后處理。如果焊縫外觀(guān)對您非常重要的話(huà)，MIG焊接會(huì )導致較長(cháng)的磨削周期，而激光焊接則可以幫您省略此時(shí)間成本。

Harooni補充說(shuō)，“這就是為什么即使考慮到激光焊接會(huì )有較高初始投資，也會(huì )選擇進(jìn)行激光焊接的原因?！盚arooni敘述了最近的項目中，Trumpf將焊接大門(mén)的周期從10小時(shí)縮短到35分鐘。另一個(gè)客戶(hù)在MIG焊接鋁制電氣外殼時(shí)遇到困難。氣孔是一個(gè)經(jīng)常出現的問(wèn)題，總流程時(shí)間為四個(gè)小時(shí)。Harooni表示，Trumpf則通過(guò)激光焊接將時(shí)間縮短到18分鐘。

此外，激光穿透材料的能力使其與傳統焊接相比的優(yōu)勢倍增。因為激光不僅比MIG快三到十倍（甚至比TIG還要快），所以它可以焊接相對較厚的接頭，這需要使用MIG或TIG進(jìn)行多次焊接。傳統技術(shù)還需要在走刀之間進(jìn)行清理和打磨，從而進(jìn)一步增加了整個(gè)加工時(shí)間。但是激光最多可以進(jìn)行半英寸的單道焊，而MIG焊接可以進(jìn)行約五道焊，具體取決于您使用的處理器。在半英寸以上的位置，激光焊接需要事先在邊緣切割或打磨斜角，但比MIG焊接所需的整個(gè)接頭斜角小得多。

因此，對于半英寸厚的材料，僅在焊接速度方面，激光焊接將比MIG快15-50倍，而在考慮到MIG所需的額外后處理時(shí)，激光焊接的速度甚至會(huì )更快。

當然，以如此高的生產(chǎn)率，您需要進(jìn)行大量的焊接工作才能為激光系統供料并最大程度地提高投資回報率。例如，激光通?？梢栽谄桨搴附由袭a(chǎn)生多達三到五個(gè)亞弧焊接系統。如果要為五個(gè)子弧系統供料，您需要進(jìn)行大量工作。

新舊科技結合

由于自動(dòng)激光焊接需要在要連接的零件之間緊密配合，因此在許多情況下，接頭位置最好重新設計，從而向激光器提供重疊的表面（以利用其穿透能力）。更多的制造商愿意投資于更好的上游工藝和工具，來(lái)促進(jìn)激光的產(chǎn)生更高產(chǎn)量。

但是對于那些抵制這種變化的人，或者在不可避免的情況下存在技術(shù)隔閡的情況，將激光和送絲技術(shù)與其他新技術(shù)相結合的混合系統，擴大了激光的適用性。例如：一個(gè)簡(jiǎn)單的技術(shù)（前面已提到解決熱裂紋問(wèn)題）是擺動(dòng)激光點(diǎn)。這是一個(gè)不算新潮的技術(shù)，但近來(lái)變得更加實(shí)惠。將1.2毫米直徑的點(diǎn)高速在3毫米區域內來(lái)回移動(dòng)，能有效地捕獲更大的區域，并且仍能進(jìn)行良好的焊接。

此外，混合動(dòng)力系統將MIG工藝和激光束結合在一起。由于激光束穩定了電弧，因此工藝之間也具有協(xié)同作用。

比較技術(shù)：底部為非焊接接頭，上方為MAG焊縫，上方為T(mén)rumpf Fusion Line焊接（結合了焊絲和激光），在為該過(guò)程重新設計接頭后，頂部為自體激光焊接。

Trumpf的Fusion Line被Harooni形容為“一種輔助金屬絲加工的工藝激光器，可將更多質(zhì)量引入縫隙中”，它可以彌合寬度達1毫米的縫隙。

對于伊薩ESAB而言，他們開(kāi)發(fā)了自適應焊接技術(shù)，該技術(shù)可感應零件狀況并更改工藝參數以適應它們。該系統在零件上涂上激光條紋，使用攝像頭，然后從視差角度對其進(jìn)行觀(guān)察，以觀(guān)察接頭的形狀，大約在加工之前20-40毫米。使用激光相干成像測量激光切割的金屬鑰匙孔，并將這些信息用作質(zhì)量度量或閉環(huán)控制過(guò)程。

當焊頭在零件中加工時(shí)，該系統會(huì )自動(dòng)調整激光穿透力，激光功率，金屬氣體電弧參數，送絲速度，電壓，氣體流量和行進(jìn)速度。該目標是由美國海軍的要求推動(dòng)的，目的是將低熱量輸入的激光焊接的好處帶到“常規準備的零件”（即未加工成對標準激光焊接有嚴格公差的零件）。與穩態(tài)控制相比，這將混合焊接的工藝窗口擴大了五倍。

激光焊接對于許多用戶(hù)而言仍然相對較新，Harooni強調Trumpf從一開(kāi)始就致力于培訓和支持，以及一旦安裝后對其系統進(jìn)行離線(xiàn)編程的好處。

Trumpf還提供了TeachLine，這是一種基于攝像頭的新型傳感系統，可檢測待焊縫的位置。“客戶(hù)不想中斷生產(chǎn)來(lái)對新零件進(jìn)行編程或更改其編程，因此他們可以使用此離線(xiàn)編程來(lái)上傳零件，對它進(jìn)行編程并將其帶到單元中。使用TeachLine，客戶(hù)不需要進(jìn)行調整。TeachLine將觀(guān)察到零件并離線(xiàn)調整您制作的程序。離線(xiàn)編程和TeachLine的結合可幫助我們的客戶(hù)快速進(jìn)行生產(chǎn)變更。”

通過(guò)技術(shù)的聯(lián)合，最終，傳統焊接也得到了改進(jìn)，然而激光焊接的旅程也是剛剛迎來(lái)光明的起點(diǎn)。