激光焊接不锈钢管焊法

激光焊接不锈钢管焊法。

近年来，汽车制造商面临的压力越来越大，因为人们越来越关注环境问题，提高燃油效率。更严格、更具约束力的法规对工业生产和材料加工提出了技术挑战。其中包括减少尾气排放，车身更轻，并延长部件的使用寿命。

原料加工方面的进步为不锈钢管的生产领域带来了独特的机会。具体地说，人们要求生产商生产这种部件，它们必须具有较轻的重量，但也必须具有防腐蚀性能，并符合强度要求。另外，车体的空间限制也更加强调了成形的重要性。其典型应用包括排气管、油管、喷油嘴及其它部件。

不锈钢管时，先将扁平钢带成形，使其外形呈圆形。钢管成型后，必须将不锈钢管的接头焊接起来。这种焊缝对零件的成形性有很大影响。所以，要想获得能满足制造过程中严格检测要求的焊接外形，选择合适的焊接工艺至关重要。毋庸置疑，钨极气体保护焊(GTAW)、高频(HF)焊和激光焊接在不锈钢管的制造中都已得到了各自的应用。

激光器焊接

用焊接不锈钢管时，钢带的边缘会发生熔化，当用夹具托将不锈钢焊管的边缘挤压在一起时，会使边缘发生凝固。但是，对于激光焊接而言，其独特的特性是具有高能量光束密度。这种激光不仅融化了材料表面层，还形成一个匙孔，使焊缝的外形非常狭窄。

低于1MW/cm2的功率密度，比如GTAW技术，无法产生足够的能量密度来产生匙孔。因此，无匙孔工艺获得的焊接形状宽而浅。高精确度的激光焊接带来更高的穿透效率，从而减少晶粒生长，提高金相质量；另一方面，GTAW输入的热能越高，冷却过程越慢，焊接结构就越粗糙。

一般认为激光焊接工艺比GTAW工艺要快，而且废品率相同，而前者能带来更好的金相特性，从而导致更高的爆破强度和更高的可成形性。相对于高频焊接，激光材料加工过程中不会发生氧化，导致废品率较低，且具有较高的成形性。

光点大小的影响

不锈钢管厂焊接时，焊接深度取决于不锈钢管的厚度。利用这种方法，减小焊接宽度，提高成形性，同时达到更高的加工速度。要选择最合适的激光，不仅要考虑光束质量，还要考虑管机的精度。另外，管坯在尺寸误差起作用之前，也必须考虑减小光斑时所受的限制。

不锈钢管焊接时存在着许多尺寸问题，但是，影响焊接的主要因素是焊接盒(特别是焊接卷)的接缝。钢带成形后准备焊接后，其焊缝特征包括：钢带间隙、严重/轻微的焊接错位、焊缝中线变化。空隙决定了焊接材料的使用数量。过高的压力会导致不锈钢管顶部或内径材料过量。严重或轻微的焊接错位，则会导致焊接外形不良。

另外，经过焊接盒后，不锈钢管将进行进一步修补。其中包括尺寸调整和形状(外形)的调节。另外一种方法则可以消除一些严重/轻微的焊接缺陷，但不能完全清除。我们当然希望达到零缺陷。根据经验，焊接缺陷不能超过材料厚度的5%。超出此数值，会影响焊接产品的强度。

焊接中心线的存在对生产高质量不锈钢管具有重要意义。由于城市对汽车工业的可塑性越来越重视，与其直接相关的是对较小的热影响区(HAZ)的需求，并减少焊接形状。相应地，这又推动了激光技术，即提高光束质量以缩小光斑尺寸的发展。当扫描缝中线时，我们需要更多地注意，当光斑尺寸越来越小时。一般说来，不锈钢管制造商会尽可能地降低这种偏差，但事实上，要达到0.2mm(0.008英寸)的偏差是困难的。

这样就需要使用焊缝跟踪系统。机械扫描和激光扫描是两种常用的跟踪技术。首先，机械系统用探头接触焊接池的上游接缝，使其沾灰、磨损和振动。该系统的精度为0.25mm(0.01英寸)，这一精度不能满足高光束质量的激光焊接要求。

激光焊缝跟踪则能达到要求的精度。通常将激光或激光光点投射在焊缝表面，得到的图像由CMOS摄像机反馈给CMOS摄像机，通过算法来判断焊缝位置、错位及间隙。

尽管成像速度很重要，但在提供必要的闭环控制，将激光聚焦头直接放在接缝上，激光焊缝跟踪器必须具有足够快的控制器，以准确地对焊缝位置进行定位。所以，焊缝跟踪的准确性至关重要，响应时间也同样重要。

总体而言，焊缝跟踪技术已经很成熟，可以让无锈钢管制造厂用更高质量的激光束来制造出更具成形性的不锈钢管。

激光焊接技术在减少焊接多孔、减小焊接外形的同时又能保持或提高焊接速度方面找到了用武之地。通过减小焊接宽度，进一步提高成形性，诸如扩散冷却板条激光器等激光系统可以改善光束质量。这一进展使得不锈钢管厂需要更严格的尺寸控制和激光焊接跟踪。

高频感应焊。

提供电流的装置与提供挤压力的设备在高频接触焊和高频感应焊中是相互独立的。另外，这两种方法都可以用磁棒，它是软磁元件，放置在管体内，有助于将焊接流进行到钢带边缘。

无论哪种情况，将钢条切割清理后，卷起，然后送往焊接点。此外，对于用于加热的感应线圈，则采用冷却剂进行冷却。最终，在挤压工艺中使用一些冷却剂。为了避免焊接部位的多孔，挤压力的增大会导致毛刺(或焊珠)的增加，但是，较大的挤压压力会造成压痕(或焊珠)增加。所以，使用了特殊设计的刀具来清除不锈钢管内外的毛刺。

高频率焊接工艺的主要优点之一是能实现不锈钢管的高速加工。但是，大多数固相锻接都存在的典型情况是，如果采用传统的非破坏性技术(NDT)，高频焊接的接点难以可靠地进行测试。低强度连接处的平薄区域可能会出现焊接裂纹，用传统方法无法检测到这种裂纹，因此在某些要求高的汽车应用中会缺乏可靠性。

钨极气体保护焊(GTAW)

以往采用钨极气体保护焊(GTAW)的焊接工艺是由不锈钢管生产厂家选择的。GTAW在两个非消耗钨电极间形成电焊弧形。与此同时，从喷枪中引入惰性保护气体来屏蔽电极，产生电离等离子体流，保护熔池。这个过程已经确定，并且已经为人们所了解，它可以重复地完成高质量的焊接工艺。

该工艺的优点是可重复性好，焊接过程不会溅出物，并且消除了多孔。GTAW过程被认为是一种电导率过程，因此相对较慢。

高频率的弧光。

最近，GTAW又称高速开关焊接电源，使电弧脉冲超过10,000Hz。不锈钢管厂的客户首先受益于这一新技术，高频弧光脉冲引起的电弧压力比传统GTAW高5倍。其代表性的改进特点还包括：爆破强度增加，焊接线速度加快，废品减少。

不锈钢管生产厂家的用户很快发现，这种焊接工艺所产生的焊接形状需要减小。另外，焊接速度还比较慢。

因此，不锈钢管厂的焊接工艺要靠各方面技术的结合，因此必须将其作为一个完整的体系来看待。