钢管以及型材的焊接.doc

钢管以及型材的焊接 使用板条激光器不仅可以增强质量，同时能够提高竞争优势。 最近几年，由于人们对环境问题越来越关注，在提高燃料效率方面，汽车制造商受到的压力日益增长。更加严格、约束性更强的法规给工业生产和材料加工带来了技术上的挑战。在这些趋势中包括了降低废气的排放，车身更轻，以及延长零件的使用寿命。 材料加工方面的进步为不锈钢管生产领域带来了独特的机遇。具体来说，人们要求生产商生产这样的零件，它们必须有更轻的重量，但是仍必须有防腐蚀特点，并且满足强度要求。此外，车身的空间局限性更强调了可成形性的重要性。典型的应用包括了排气管、燃料管、喷油嘴和其他组件。 在生产不锈钢管时，先成形扁平的钢带，随后使得其外形成为圆管状。一旦成形后，管子的接缝必须被焊接到一起。这个焊缝很大程度上影响了零件的可成形性。因此，若要得到能够满足制造业内严格的测试要求的焊接外形，选择合适的焊接技术就极为重要。无庸置疑，钨极气体保护电弧焊（GTAW）、高频（HF）焊，以及激光焊接已经在不锈钢管的制造中各自得到了应用。 图1：激光焊接深度随强度变化曲线 图2：不同CO2激光器的光束模式 高频感应焊 在高频接触焊和高频感应焊中，提供电流的设备和提供挤压力的设备是相互独立的。此外，两种方法都能使用磁棒，它是软磁性元件，被置于管体内部，它有助于在钢带边缘汇聚焊接流。 在这两种情况下，钢带被切割并清理后，被卷起，然后送到焊接点。另外，对在加热过程中使用的感应线圈进行冷却使用了冷却剂。最后，一些冷却剂将被用于挤压过程。这里，在挤压滑轮上作用了很大的力，以避免在焊接区域产生多孔性；然而，使用了更大的挤压力将导致毛刺（或者焊珠）增多。因此，特殊设计的刀具被用来清除管子内部和外部的毛刺。 高频焊接过程的主要优势之一是，它能够对钢管进行高速加工。然而，在大部分固相锻接中存在的典型情况是，高频焊接的接点若使用传统非破坏性技术（NDT）不容易进行可靠的测试。焊接裂缝可能在低强度连接处的平薄区域出现，这种裂缝使用传统方法无法检测出来，因而在一些高要求的汽车应用中可能缺乏可靠性。 钨极气体保护电弧焊（GTAW） 传统上来看，钢管生产厂选择将钨极气体保护电弧焊（GTAW）完成焊接过程。GTAW在两个非消耗性的钨电极之间产生了一个电焊弧。同时，从喷枪中导入惰性保护气体，以屏蔽电极、产生电离化的等离子体流，以及保护熔化的焊池。这是一个已经确立了的，并已被人们理解了的过程，它将可重复完成高质量的焊接过程。 这一工艺的优势在于可重复性，焊接过程无溅出物，并且消除了多孔性。GTAW被认为是一个电传导的过程，所以，相对来说，过程比较缓慢。图1是一张显微照片，给出了GTAW过程得到的典型金相结构。 高频电弧脉冲 近年来，GTAW焊接电源，又称为高速开关，使得电弧脉冲超过10,000Hz。钢管加工厂的客户最先受益于这一新技术，高频电弧脉冲导致了电弧向下的压力与传统GTAW相比大了五倍。所带来的具有代表性的改进特性还包括：爆破强度被提高，焊接线速度更快，废品减少。 钢管生产厂的客户很快发现，此焊接工艺得到的焊接外形需要减小。此外，焊接速度还是相对较慢。 激光焊接 在所有的钢管焊接应用中，钢带的边缘被熔化，当使用夹紧支架把钢管边缘挤压到一起时，边缘发生凝固。然而，对激光焊接来说，特有的性质是它具有高能量的光束密度。激光光束不仅熔化了材料的表层，还产生了一个匙孔，以至焊缝外形很窄。 nextpage 功率密度低于1 MW/cm2的话，如GTAW技术，就产生不了足够的能量密度以产生匙孔。这样，无匙孔的工艺得到的焊接外形宽且浅。激光焊接的高精度带来了更高效率的穿透，这又减少了晶粒生长，带来更好的金相质量；另一方面，GTAW更高的热能输入与较慢的冷却过程导致了粗糙的焊接结构。 通常来说，人们认为激光焊接过程比GTAW快，它们有同样的废品率，而前者带来更好的金相特性，这就带来了更高的爆破强度和更高的可成形性。当与高频焊接相比时，激光加工材料过程不发生氧化，这就使得废品率更低，可成形性更高。 图3：光束质量：M2 = 5.5，焦距：200mm，功率：8.0 kW， 速度：162ipm，横流型（880 HF） 图4：光束质量：M2 =