二極管激光器應(yīng)用于拼焊板焊接-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯二極管激光器應(yīng)用于拼焊板焊接-設(shè)計(jì)應(yīng)用通常來說，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。的鋼鐵生產(chǎn)商安賽樂米塔(ArcelorMittal)的子公司ArcelorMittalTailoredBlanks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。看到那些外形精美、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)便是以一種理想的方式將迷人的外形、的穩(wěn)定性和的效率等要素有機(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)度已得到了的界定。這提高了部件的剛度，并且允許在某些部件處地定位和轉(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)的功率傳輸和理想的成形特性。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的熱成型車身部件市場提供定制解決方案的制造商。因此，這家的鋼鐵制造商ArcelorMittal的國際運(yùn)營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，該公司是工業(yè)二極管激光器的市場先驅(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)行測試并且得到了相應(yīng)的工藝參數(shù)。在所有測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2022年12月，AMTB將其臺(tái)CO2激光器替換為Laserline的LDF5000-40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?！盠aserline公司的歐洲銷售經(jīng)理Dr.AndreEltze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、波長在930到1060nm之間，多有四個(gè)波長耦合而形成。這些因素是二極管激光器在工藝優(yōu)勢以及焊接過程中穩(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相較于光纖激光器或碟片激光器（典型波長在1030和1070nm之間）的波長來說更短。“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AnneKathrinKrause說道?！霸趷毫拥耐獠凯h(huán)境中穩(wěn)定工作也是很重要的?！?/p>

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)IP54），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“，AndreEltze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LDF6000-40二極管激光器。這為典型厚度介于0.5至2.8mm的材料提供了可