激光技術的優勢——突破性的高強度鋼加工技術

   時間:2014-03-13 15:18:06
激光技術的優勢——突破性的高強度鋼加工技術簡介
       汽車製造商越來越依賴於激光技術來進行高強度鋼的加工處理。無論是用於焊接、切割或是表面處理,激光加工的經濟……
激光技術的優勢——突破性的高強度鋼加工技術正文

  

   汽車製造商越來越依賴於激光技術來進行高強度鋼的加工處理。無論是用於焊接、切割或是表面處理,激光加工的經濟優勢均得到進一步體現。

   高強度鋼在汽車工業中得到越來越廣泛的應用,這使得汽車的製造成本進一步降低。其原因在於,高強度鋼的使用降低了汽車裝配環節中的零部件的數量,因此降低了生產成本,減輕了整車重量,最終使得汽車的燃油消耗得以降低。
激光堆焊應用——表面耐磨處理
   新型鋼材的使用並非一帆風順,沒有任何障礙。為了獲得高強度或超高強度性能,通常在成型期間對汽車零部件進行壓力硬化處理。奧地利格拉茨理工大學的模具與成型研究所進行的「Cool Tool」項目正是進行了這方面的研究。這套方案包含了一套對壓力硬化過程進行低溫回火的模具加工系統,這個系統利用經過改進的技術,可以更加經濟地對硼化合金鋼進行壓力硬化處理。冷卻通道的幾何形狀就像網路一樣布滿於模具內部,從而優化了冷卻與加熱能力,縮短了加工周期。
  模具通常採用球墨鑄鐵材料製成,其成本很低,而且便於進行二次加工,但是存在表面強度低、耐磨性差等問題,所以有必要在承受高載荷區域覆上一層高硬度材料,激光粉末堆焊就可完成這個操作。事實證明,激光粉末堆焊是一種很好的完成此種工藝的方法。通快激光系統公司也進行了此種工藝的研究,並且開發出了金屬粉末直接沉積設備(Direct Metal Deposition,DMD)。
 
   在這種工藝中,金屬粉末以與激光光束同軸的方向被送入工件表面激光熔池中,而不必對工件進行預熱。金屬粉末與基體材料一起形成了高強度的耐磨冶金混合物。與傳統的燒結方法相比,激光粉末沉積有著無可比擬的優勢:熱輸入量小,硬度增加而且表面裂紋減少;塗層內部硬度有限分佈,摩擦係數好;基體材料變形微乎其微,殘餘應力在成型中不會導致裂紋。而且激光粉末沉積完全可以用於自動化生產。
三維激光切割——無可替代的方法
  切邊是對高強度鋼的另一項挑戰。三維激光器切割適用於成型鈑金件的切邊,特別是對於強度高達1500 Mpa的鋼板,因為沒有其他的加工方法可以替代。在這種情況下,用戶就沒有必要對昂貴的衝壓設備和剪裁設備進行投資。因為在加工這些高硬度的材料時,傳統設備的沖模或者刀具的使用壽命會大大縮短,而激光切割就不必考慮這些問題,還具有安裝時間短、可靈活更換產品或樣品生產等優點。
   通快的三維激光產品TruLaserCell已應用於大眾帕薩特B側圍的切割,當然包括切邊。B側圍由高強度鋼熱成型而成,其硬度很高而且要承受很大的應力。高強度鋼所制的B側圍增加了耐衝撞力,提高了汽車的安全性。這也是儘管高強度鋼的成本較高,可是汽車製造商還是願意使用的原因。
激光焊接——效率、柔性、經濟
  激光既可進行高強度鋼的切割,也可用於焊接。激光焊接效率更高,更加經濟,而且焊接質量得到很大提升。但激光焊接對精度要求更高,而且激光器的投資成本相對而言也比較高。
  同激光切割相似,激光焊接的優勢之一就是熱輸入量很小。因為對於高強度鋼來說,在熱輸入量過大的情況下,其中某些合金就會喪失高強度的特性。激光焊接同樣也是高質量的加工過程,只有很小的熱變形,幾乎不會使材料產生翹曲,其精度也無與倫比。除此以外,激光還可以用來焊接某些不可想象的部件,如轎車后擋板和頂蓬連接處。而且,激光焊接與傳統點焊相比,需要的凸緣更小,這同樣降低了車身重量和燃油消耗。要實現這些優越性,連續焊縫是必要的。
  掃描焊接(Scanner Welding)則提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好經濟性,特別是對於某些部件需要很多短的搭接焊縫時更是如此。掃描焊接也被稱之為遠距離焊接(Remote Welding),這是一種使用掃描鏡組的動態焊接工藝。通常的工件移動或者是焊接鏡組移動時間減少了。一個或兩個振鏡在掃描鏡頭內將激光光束快速在焊縫之間切換,所需時間幾乎為零。焊縫之間的距離越大,工件上的焊縫數量越多,這種技術的優勢越明顯。可以採用各種形狀的焊縫而不要增加焊接時間,這使得熱變形進一步降低。採用這種技術,焊接時間可以降低60%。因此,一個掃描鏡組工作站可以替代幾個傳統的焊接工作站。
  在使用這種掃描焊接技術后,汽車車身的結構件可以變得更加靈活。焊縫形狀可以根據焊點的強度要求採用不同的形式。這樣,焊接凸邊的尺寸相對電阻點焊可以進

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