激光焊接憑借其更快的處理速度和更高的質(zhì)量可能會(huì)很快占領(lǐng)整個(gè)加工工藝領(lǐng)域，你是這樣認(rèn)為的嗎？然而，答案是：傳統(tǒng)的焊接仍將繼續(xù)。并且取決于您用法和工序，傳統(tǒng)焊接技術(shù)可能永遠(yuǎn)不會(huì)消失。那么，在現(xiàn)在市場中，每種方法的利弊將會(huì)帶來什么呢？

Trumpf的Fusion Line具有激光輔助的焊絲，可將更多質(zhì)量引入焊縫，彌合最大1毫米寬的間隙。

傳統(tǒng)焊接方式仍然會(huì)十分流行。廣義上講，工業(yè)上使用的三種傳統(tǒng)焊接類型是MIG（金屬惰性氣體），TIG（鎢極惰性氣體）和電阻點(diǎn)。在電阻點(diǎn)焊中，兩個(gè)電極壓制要在它們之間接合的零件，迫使大電流通過該點(diǎn)，零件材料的電阻產(chǎn)生將零件焊接在一起的熱量，此為汽車行業(yè)，尤其是在白車身焊接上的主流手段。

熱衷于MIG（金屬惰性氣體保護(hù)焊接）

是什么造成了MIG持久的人氣？連續(xù)送絲是易損耗的，因此，它增加了材料并增強(qiáng)了焊縫，使其非常適合（零件垂直的）角焊。自生激光可將兩種母體材料融合在一起。激光可以進(jìn)行角焊，但是零件和其他零件的精度和精密度必須嚴(yán)格一個(gè)數(shù)量級(jí)。

在圓角上進(jìn)行MIG焊接時(shí)，公差至少為線徑的正負(fù)一半，通常甚至更大。同樣MIG用于其他類型的焊接工藝窗口要比激光大很多。換句話說，零件不必像自發(fā)激光那樣精確，固定裝置也不必確保幾乎完美的配合。換句話說，零件不必像自發(fā)激光那樣精確，固定裝置也不必確保幾乎完美的配合。

MIG焊接也更易于自動(dòng)化，需要控制只有行進(jìn)速度，電壓，安培數(shù)，割炬角度和工作角度，此外，就算精度只有一半，仍然能得到良好的焊接效果。而自動(dòng)化激光焊接需要機(jī)器人具有出色的路徑精度和可重復(fù)性，并且需要控制焊接過程中的更多因素。TIG（鎢極惰性氣體保護(hù)焊接）在這方面是相似的。

這并不是說自動(dòng)進(jìn)行MIG焊接非常容易，任何人都可以做到。它仍然需要專家來進(jìn)行編程和診斷問題。

經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)證據(jù)，傳統(tǒng)焊接已廣為人知。我們知道如何做出可預(yù)測的結(jié)果來交付結(jié)構(gòu)所需的接頭。盡管我們擔(dān)心的是熟練工人的短缺，這對(duì)行業(yè)來說是一個(gè)真正的問題，但是仍然有大量經(jīng)驗(yàn)豐富的焊工，技術(shù)人員和工程師存在，他們都熟悉傳統(tǒng)工藝的管理。對(duì)于大多數(shù)產(chǎn)品，這是一種簡單，廉價(jià)的解決方案，能夠提供不錯(cuò)的結(jié)果。

MIG或TIG系統(tǒng)的前期成本通常低于激光系統(tǒng)。但是，激光的成本一直在下降，并將繼續(xù)下降。激光的成本大約是激光焊接系統(tǒng)成本的三分之一至一半，而根據(jù)焊接能力而定的成本將每年下降10-15％。

左側(cè)焊縫下方的深色區(qū)域顯示出良好的MIG焊縫的深度熔深和完全熔合。右圖顯示了具有完全熔合但熔深很淺的激光焊接，可減少填料和基材之間的混合。

然而激光加工頭比傳統(tǒng)的加工頭昂貴，傳輸光纖也很昂貴，維護(hù)激光電池也更昂貴。例如，激光電池必須“不透光”，為4” （101.6毫米）厚的壁可以承受10分鐘的直接撞擊而不會(huì)燒穿。（激光不會(huì)聚焦在4英寸[101.6毫米]厚的深度上。）TIG和MIG系統(tǒng)可以用便宜的金屬板屏蔽允許有差距。

另一方面，如我們將看到的那樣，考慮到吞吐量和單件成本的差異時(shí)，激光通常會(huì)獲勝。對(duì)于TIG來說尤其如此，這是一個(gè)非常緩慢的過程，需要很高的技術(shù)水平，因此使用起來很昂貴。出于這個(gè)原因TIG在很大程度上限于工業(yè)食品設(shè)備、電器，以及一些精密組件的制造上。但是，如果需要大量生產(chǎn)這些零件，激光系統(tǒng)上的投資回報(bào)率將“推倒一切” TIG，因此在這些情況下自然可以代替。

來自位于美國伊利諾伊州霍夫曼莊園的Trumpf Inc.激光焊接產(chǎn)品經(jīng)理Masoud Harooni表示，即使TIG也無法為食品加工和其他對(duì)外觀至關(guān)重要的應(yīng)用提供令人滿意的表面。此外，可見焊縫的激光焊接速度比TIG快兩到三倍。如果您在冰箱或類似零件上看到一個(gè)合適的半徑，則說明它是被研磨過或采用激光焊接方式加工。

推進(jìn)采用激光焊接的趨勢

當(dāng)下，美國制造業(yè)趨于保守。如果沒有問題要解決，則選擇成本最低，功能最強(qiáng)大，最基礎(chǔ)的解決方案。因此，人們只有在MIG焊接不起作用或TIG焊接太慢時(shí)才會(huì)將目光投向激光。批量TIG焊接要么已經(jīng)轉(zhuǎn)移到國外，要么已被激光替代，那么激光對(duì)MIG的挑戰(zhàn)在哪里？

一個(gè)主要的問題是焊接冶金或結(jié)構(gòu)損壞，可能是由MIG相對(duì)較長且廣泛的傳遞到零件中的熱量和較長的冷卻周期造成的。相反，激光可以用極小的光束傳輸熱能，并僅熔化局部區(qū)域?？偀崃枯斎氡萂IG要少得多，并且零件冷卻非?？欤瑥亩鴮⒆冃魏秃附右苯鹩绊懡抵磷畹?。

由于其熱源距離一定距離且下方的熔體區(qū)域高度集中，激光焊接就像魔術(shù)一樣。

Harooni提供了一個(gè)有用的類比：“想象一下，相比起一根針，在沙灘上喝一瓶水。如果在瓶子上放五磅重的東西，它就不會(huì)滲入沙子。但是，如果您只在針上放幾盎司，它就會(huì)。想想您施加的熱量是熱量，瓶子是MIG，針頭是激光。”

與MIG相比，激光將熱量輸入減少了大約85％，焊縫中的殘余應(yīng)力與熱量輸入成正比。投入的熱量越多，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就越大。屈曲，變形和收縮，以及所有這些在生產(chǎn)加工工程中會(huì)導(dǎo)致噩夢的情況。

另一個(gè)例子，由于浮陰極問題，因?yàn)殡娀〔环€(wěn)定，所以MIG焊接鈦很困難。因此，激光焊接鈦是一個(gè)完美的選擇。對(duì)于6000系列鋁，問題在于熱裂紋。熱裂紋是硅化鎂遷移到晶界的現(xiàn)象。因此，如果可以在硅化鎂遷移之前加熱，熔化和冷卻材料，則可以創(chuàng)建無裂紋的焊縫。激光可以使用最新的掃描技術(shù)來做到這一點(diǎn)，在這種技術(shù)中，可以使用反射鏡來回移動(dòng)光束。

激光焊接的驚人效率

大多數(shù)激光應(yīng)用都是在難焊接的材料中進(jìn)行的。激光焊接的憑借其超高效率，使多數(shù)鈑金項(xiàng)目也正在轉(zhuǎn)向激光。有多快呢？Trumpf的Harooni講到，MIG焊接通常以每分鐘20-30英寸（508-762毫米）的速度進(jìn)行，最多為每分鐘40英寸（1,016毫米），而激光可以以每分鐘近200英寸（508厘米）的速度焊接，因此僅連接過程就已經(jīng)快得多。此外，使用激光焊接也大大減少了后處理。如果焊縫外觀對(duì)您非常重要的話，MIG焊接會(huì)導(dǎo)致較長的磨削周期，而激光焊接則可以幫您省略此時(shí)間成本。

Harooni補(bǔ)充說，“這就是為什么即使考慮到激光焊接會(huì)有較高初始投資，也會(huì)選擇進(jìn)行激光焊接的原因?！盚arooni敘述了最近的項(xiàng)目中，Trumpf將焊接大門的周期從10小時(shí)縮短到35分鐘。另一個(gè)客戶在MIG焊接鋁制電氣外殼時(shí)遇到困難。氣孔是一個(gè)經(jīng)常出現(xiàn)的問題，總流程時(shí)間為四個(gè)小時(shí)。Harooni表示，Trumpf則通過激光焊接將時(shí)間縮短到18分鐘。

此外，激光穿透材料的能力使其與傳統(tǒng)焊接相比的優(yōu)勢倍增。因?yàn)榧す獠粌H比MIG快三到十倍（甚至比TIG還要快），所以它可以焊接相對(duì)較厚的接頭，這需要使用MIG或TIG進(jìn)行多次焊接。傳統(tǒng)技術(shù)還需要在走刀之間進(jìn)行清理和打磨，從而進(jìn)一步增加了整個(gè)加工時(shí)間。但是激光最多可以進(jìn)行半英寸的單道焊，而MIG焊接可以進(jìn)行約五道焊，具體取決于您使用的處理器。在半英寸以上的位置，激光焊接需要事先在邊緣切割或打磨斜角，但比MIG焊接所需的整個(gè)接頭斜角小得多。

因此，對(duì)于半英寸厚的材料，僅在焊接速度方面，激光焊接將比MIG快15-50倍，而在考慮到MIG所需的額外后處理時(shí)，激光焊接的速度甚至?xí)臁?/span>

當(dāng)然，以如此高的生產(chǎn)率，您需要進(jìn)行大量的焊接工作才能為激光系統(tǒng)供料并最大程度地提高投資回報(bào)率。例如，激光通?？梢栽谄桨搴附由袭a(chǎn)生多達(dá)三到五個(gè)亞弧焊接系統(tǒng)。如果要為五個(gè)子弧系統(tǒng)供料，您需要進(jìn)行大量工作。

新舊科技結(jié)合

由于自動(dòng)激光焊接需要在要連接的零件之間緊密配合，因此在許多情況下，接頭位置最好重新設(shè)計(jì)，從而向激光器提供重疊的表面（以利用其穿透能力）。更多的制造商愿意投資于更好的上游工藝和工具，來促進(jìn)激光的產(chǎn)生更高產(chǎn)量。

但是對(duì)于那些抵制這種變化的人，或者在不可避免的情況下存在技術(shù)隔閡的情況，將激光和送絲技術(shù)與其他新技術(shù)相結(jié)合的混合系統(tǒng)，擴(kuò)大了激光的適用性。例如：一個(gè)簡單的技術(shù)（前面已提到解決熱裂紋問題）是擺動(dòng)激光點(diǎn)。這是一個(gè)不算新潮的技術(shù)，但近來變得更加實(shí)惠。將1.2毫米直徑的點(diǎn)高速在3毫米區(qū)域內(nèi)來回移動(dòng)，能有效地捕獲更大的區(qū)域，并且仍能進(jìn)行良好的焊接。

此外，混合動(dòng)力系統(tǒng)將MIG工藝和激光束結(jié)合在一起。由于激光束穩(wěn)定了電弧，因此工藝之間也具有協(xié)同作用。

比較技術(shù)：底部為非焊接接頭，上方為MAG焊縫，上方為Trumpf Fusion Line焊接（結(jié)合了焊絲和激光），在為該過程重新設(shè)計(jì)接頭后，頂部為自體激光焊接。

Trumpf的Fusion Line被Harooni形容為“一種輔助金屬絲加工的工藝激光器，可將更多質(zhì)量引入縫隙中”，它可以彌合寬度達(dá)1毫米的縫隙。

對(duì)于伊薩ESAB而言，他們開發(fā)了自適應(yīng)焊接技術(shù)，該技術(shù)可感應(yīng)零件狀況并更改工藝參數(shù)以適應(yīng)它們。該系統(tǒng)在零件上涂上激光條紋，使用攝像頭，然后從視差角度對(duì)其進(jìn)行觀察，以觀察接頭的形狀，大約在加工之前20-40毫米。使用激光相干成像測量激光切割的金屬鑰匙孔，并將這些信息用作質(zhì)量度量或閉環(huán)控制過程。

當(dāng)焊頭在零件中加工時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整激光穿透力，激光功率，金屬氣體電弧參數(shù)，送絲速度，電壓，氣體流量和行進(jìn)速度。該目標(biāo)是由美國海軍的要求推動(dòng)的，目的是將低熱量輸入的激光焊接的好處帶到“常規(guī)準(zhǔn)備的零件”（即未加工成對(duì)標(biāo)準(zhǔn)激光焊接有嚴(yán)格公差的零件）。與穩(wěn)態(tài)控制相比，這將混合焊接的工藝窗口擴(kuò)大了五倍。

激光焊接對(duì)于許多用戶而言仍然相對(duì)較新，Harooni強(qiáng)調(diào)Trumpf從一開始就致力于培訓(xùn)和支持，以及一旦安裝后對(duì)其系統(tǒng)進(jìn)行離線編程的好處。

Trumpf還提供了TeachLine，這是一種基于攝像頭的新型傳感系統(tǒng)，可檢測待焊縫的位置。“客戶不想中斷生產(chǎn)來對(duì)新零件進(jìn)行編程或更改其編程，因此他們可以使用此離線編程來上傳零件，對(duì)它進(jìn)行編程并將其帶到單元中。使用TeachLine，客戶不需要進(jìn)行調(diào)整。TeachLine將觀察到零件并離線調(diào)整您制作的程序。離線編程和TeachLine的結(jié)合可幫助我們的客戶快速進(jìn)行生產(chǎn)變更。”

通過技術(shù)的聯(lián)合，最終，傳統(tǒng)焊接也得到了改進(jìn)，然而激光焊接的旅程也是剛剛迎來光明的起點(diǎn)。