激光用于不銹鋼管的焊接

最近幾年，由于人們對環(huán)境問題越來越關(guān)注，在提高燃料效率方面，汽車制造商受到的壓力日益增長。更加嚴格、約束性更強的法規(guī)給工業(yè)生產(chǎn)和材料加工帶來了技術(shù)上的挑戰(zhàn)。在這些趨勢中包括了降低廢氣的排放，車身更輕，以及延長零件的使用壽命。
    材料加工方面的進步為不銹鋼管生產(chǎn)領(lǐng)域帶來了獨特的機遇。具體來說，人們要求生產(chǎn)商生產(chǎn)這樣的零件，它們必須有更輕的重量，但是仍必須有防腐蝕特點，并且滿足強度要求。此外，車身的空間局限性更強調(diào)了可成形性的重要性。典型的應(yīng)用包括了排氣管、燃料管、噴油嘴和其他組件。
    在生產(chǎn)不銹鋼管時，先成形扁平的鋼帶，隨后使得其外形成為圓管狀。一旦成形后，管子的接縫必須被焊接到一起。這個焊縫很大程度上影響了零件的可成形性。因此，若要得到能夠滿足制造業(yè)內(nèi)嚴格的測試要求的焊接外形，選擇合適的焊接技術(shù)就極為重要。無庸置疑，鎢極氣體保護電弧焊（GTAW）、高頻（HF）焊，以及激光焊接已經(jīng)在不銹鋼管的制造中各自得到了應(yīng)用。
高頻感應(yīng)焊
    在高頻接觸焊和高頻感應(yīng)焊中，提供電流的設(shè)備和提供擠壓力的設(shè)備是相互獨立的。此外，兩種方法都能使用磁棒，它是軟磁性元件，被置于管體內(nèi)部，它有助于在鋼帶邊緣匯聚焊接流。
    在這兩種情況下，鋼帶被切割并清理后，被卷起，然后送到焊接點。另外，對在加熱過程中使用的感應(yīng)線圈進行冷卻使用了冷卻劑。最后，一些冷卻劑將被用于擠壓過程。這里，在擠壓滑輪上作用了很大的力，以避免在焊接區(qū)域產(chǎn)生多孔性；然而，使用了更大的擠壓力將導(dǎo)致毛刺（或者焊珠）增多。因此，特殊設(shè)計的刀具被用來清除管子內(nèi)部和外部的毛刺。
    高頻焊接過程的主要優(yōu)勢之一是，它能夠?qū)︿摴苓M行高速加工。然而，在大部分固相鍛接中存在的典型情況是，高頻焊接的接點若使用傳統(tǒng)非破壞性技術(shù)（NDT）不容易進行可靠的測試。焊接裂縫可能在低強度連接處的平薄區(qū)域出現(xiàn)，這種裂縫使用傳統(tǒng)方法無法檢測出來，因而在一些高要求的汽車應(yīng)用中可能缺乏可靠性。
鎢極氣體保護電弧焊（GTAW）
    傳統(tǒng)上來看，鋼管生產(chǎn)廠選擇將鎢極氣體保護電弧焊（GTAW）完成焊接過程。GTAW在兩個非消耗性的鎢電極之間產(chǎn)生了一個電焊弧。同時，從噴槍中導(dǎo)入惰性保護氣體，以屏蔽電極、產(chǎn)生電離化的等離子體流，以及保護熔化的焊池。這是一個已經(jīng)確立了的，并已被人們理解了的過程，它將可重復(fù)完成高質(zhì)量的焊接過程。
   這一工藝的優(yōu)勢在于可重復(fù)性，焊接過程無濺出物，并且消除了多孔性。GTAW被認為是一個電傳導(dǎo)的過程，所以，相對來說，過程比較緩慢。 高頻電弧脈沖
   近年來，GTAW焊接電源，又稱為高速開關(guān)，使得電弧脈沖超過10,000Hz。鋼管加工廠的客戶最先受益于這一新技術(shù)，高頻電弧脈沖導(dǎo)致了電弧向下的壓力與傳統(tǒng)GTAW相比大了五倍。所帶來的具有代表性的改進特性還包括：爆破強度被提高，焊接線速度更快，廢品減少。
   鋼管生產(chǎn)廠的客戶很快發(fā)現(xiàn)，此焊接工藝得到的焊接外形需要減小。此外，焊接速度還是相對較慢。
激光焊接
    在所有的鋼管焊接應(yīng)用中，鋼帶的邊緣被熔化，當使用夾緊支架把鋼管邊緣擠壓到一起時，邊緣發(fā)生凝固。然而，對激光焊接來說，特有的性質(zhì)是它具有高能量的光束密度。激光光束不僅熔化了材料的表層，還產(chǎn)生了一個匙孔，以至焊縫外形很窄。
    功率密度低于1 MW/cm2的話，如GTAW技術(shù)，就產(chǎn)生不了足夠的能量密度以產(chǎn)生匙孔。這樣，無匙孔的工藝得到的焊接外形寬且淺。激光焊接的高精度帶來了更高效率的穿透，這又減少了晶粒生長，帶來更好的金相質(zhì)量；另一方面，GTAW更高的熱能輸入與較慢的冷卻過程導(dǎo)致了粗糙的焊接結(jié)構(gòu)。