使用氦和氬激光焊接降低汽車生產成本

在競爭激烈的汽車市場中，人們迫切需要速度。從消費者的角度來看，他們更關心的是馬力。但在制造業，速度完全取決于生產和生產力。由于車身設計、認知質量和擁有成本等多種因素，美國汽車制造商逐漸失去了市場份額。
雖然本文沒有討論車身設計，但提高質量和生產力的策略是討論的重點。兩者都可以使用混合加工技術來實現，該技術將激光焊接與傳統的氣體保護焊（GMAW）相結合。
激光參數，如波長、光束質量、點尺寸、功率密度、燃燒深度和光束位置，對成功焊接至關重要。其他參數包括GMAW能源的常規補充和脈沖轉移、GMAW焊絲的定位、焊絲的接觸角和化學性能。此外，基底材料氧化物的表面條件、接頭的設計、焊縫的寬度以及保護氣體的類型和流速也會影響混合焊接工藝的質量和性能。
以下將詳細介紹氣體選擇對許多方面的影響，包括激光束相互作用、保護效率、焊接墊性能以及用于運輸標準氣體混合物和流速的設備。
混合激光加工技術結合了焊接現場區域的二次能量。混合加工技術充分利用了混凝土的激光焊接。這些優點包括提高焊接速度、限制熱封裝面積、減少焊接和焊接主軸的良好形狀。作為二次能源，GMAW提高了整體能源效率，降低了設備成本，還提高了焊接孔的能力。此外，它降低了冷卻速度，提高了鋁的能量耦合效率。
其次，盡管GMAW的能量供應成本更為復雜，但它是通過減小焊接所需的諧振孔的尺寸來降低的，從而降低了整機的成本。基于預期結果，可以確定GMAW焊絲進給位置是在激光束之前還是之后。采用后續的GMAW送絲方式可以達到更高的焊接速度。GMAW焊絲被送入激光產生的熔池，從而減少了熔化焊絲所需的二次能量。
當填充焊絲到達尾部時，GMAW電弧也會產生等離子體，導致基底蒸發，并導致熔化的熔池前緣下降。熔池中的這種凹陷減少了激光束需要穿透的總深度，從而提高了穿透性能。根據現有數據，可以證明，從關鍵孔或焊接區域發射的蒸汽顆粒會導致激光束的衰減（散射和吸收），從而減少與基底材料結合的輻射能量。激光束的擴散和吸收降低了焊接的速度和深度。這兩個粘合層決定了顆粒越大，阻尼效果就越大。
氦保護氣體帶來最小的平均蒸汽顆粒尺寸。這表明純氦是CO2或YAG激光焊接中控制顆粒尺寸的最佳選擇。我們不得不承認，與氬相比，氦具有更高的電離率和更低的等離子體形成電壓，但其分子量較小。因此，氦保護氣體需要高流速，以確保金屬蒸氣從激光束的路徑有效排出。由于氦氣的單位成本高于氬氣，這增加了焊接過程中每英尺的平均成本。