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激光焊接气体可降低汽车制造成本


气体激光焊接降低汽车制造成本(氦气、氩气)——氦保护气体带来最小的平均蒸汽粒子大小。这说明了对CO2或YAG激光焊接来说,纯氦是控制粒子大小的最佳选择。我们必须承认,氦气与氩气相比,确实有比较高的电离率和较低的等离子体形成电压,但是它的分子重量较小。因此,氦保护气需要较大的流速,以保证有效的将激光光束路径上的金属蒸汽排出。由于氦气的单位成本高于氩气,因此,这就增加了焊接过程中平均每英尺成本。

为了优化保护气体以实现抑制等离子体,排出蒸汽粒子以及降低单位成本,我们考虑使用高达40-50%的氩气混合气体。比重越高,混合气体所需要用来排出蒸汽粒子的流速就越小。混合气体还在焊接池固化过程中提供了更长时间的惰性气氛,从而使焊接速度更大。它还降低了捕获气体的量,从而减轻了由于多孔性而带来的报废率。其次,固化率的降低促进了晶粒的生长和内部应力的减轻,这就增加了疲劳强度。由于纵横比(焊缝深度/宽度)较高和随后的应力所产生的焊接裂缝都几乎被清除了,这是因为GMAW填充金属的加入导致了焊接面宽度增加。
  
混合气体中,适当的添加少量的二氧化碳和/或氧气,或将它们作为GMAW过程的二次保护气体,能够进一步的提高焊珠的性能。氦-氩混合气体易于产生更高的电弧电压,相应的得到的焊珠外形更宽,电弧稳定性也更高。
  
因此,可以加入3-10%的二氧化碳来稳定传递和收缩电弧。在一些情况下,可以加入1-5%的氧气来实现优质的电弧稳定性,同时在焊接边缘实现更好的连接(浸湿)。与二氧化碳混合气体相比,氧气由于电离率较低,热导率性能较高,易于提供宽而浅的穿透分布。
  
针对所需质量和生产率标准的混合气体被最终确定以后,还需要考虑如何把它们经济的运送到使用地点。用户可以通过在生产现场混合这些保护气体,利用低成本的液态氩供应方式。为什么不用支付预混高压氦气筒的价格来支付氩气,二氧化碳或者氧气呢?
  
氩气可以通过液态氩瓶来经济的运送,满足高达35,000立方英尺的月消耗,该数量相当于每月的混合气体用量为87,500立方英尺。氩气的月消耗量更大的话可以使用批量供给来实现成本水平的优化。分析中还需要考虑到填充损耗,每月设备费,成批供给的合同限制,以及运费等等因素。
  
另一方面,氦气一般是通过高压TubeTrailer或者钢瓶组来供给的。现场的混合需要一个混合系统,它能够准确的调节从0-100%的微小成分。总的质量系统可以通过在混合器的出口放置一个分析仪来实现监控,一旦混合比超出误差范围,就会报警。已有软件和报警系统可以将这种信息传至桌面电脑,或者通过传真或电子邮件送至更远的地方。
  
合理设计的混合激光气体传送系统使用户能够实现更高的焊接速度,相应的得到更高的生产率。关注保护气体的参数,如类型,流量,与冲击角度,将提高焊接质量,降低光束吸收和散射效果。


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