激光点焊机(激光焊机多少钱一台)

文/万物知识局编辑/万物知识局

前言

激光束焊接工艺作为一种高精度、高效率的焊接方法，被广泛应用于工业生产中。

随着工业技术的不断发展，钢材的焊接工艺也在不断演进。

激光束焊接工艺因其高能量密度、小热影响区和精确控制性等优势，成为一种热点焊接技术。

DP1400钢作为一种高强度钢材，在汽车制造、航空航天等领域具有广泛应用，然而，激光束焊接工艺对其机械性能的影响尚不清楚。

因为它有助于改善冲击过程中的能量吸收，提供更高的强度，并确保轻量化设计和经济高效的生产方法汽车零部件。

它用于汽车应用，例如侧面防撞梁、保险杠、结构部件和汽车制造的其他用户元件。

DP1400钢由马氏体 (M) 和铁素体 (F) 部分组成，铁素体和马氏体赋予的延展性决定了强度。

随着高强度钢 (HSS) 的发展，焊接技术在提高这些材料的可焊性方面的作用不断增强，使它们能够以最高水平发挥其预期功能。

高速钢焊接工艺的激光束焊接（LBW）工艺在工业中的应用迅速增加，这与传统的焊接工艺截然不同。

这项研究的主要动机是利用最先进的高功率二极管激光 (HPDL) 技术研究 DP1400 高强度钢的可焊性和焊后热处理，这是DP钢组中的最高等级。

有关其焊接过程行为的信息有限，其中热影响区 (HAZ) 的淬透性和匹配填充金属的稀缺性，是焊接过程中的挑战。

二极管激光器因其最高的可靠性和灵活性而广泛应用于汽车行业，特别是表面处理领域，但其在焊接领域的应用尚未普及。

二极管激光技术仍在不断发展，为远程焊接、拼焊板焊接、与其他激光类型相比，厚金属焊接的运营成本显著降低。

一般 LBW 的优点包括焊接接头强度优异、缺陷极少、由于线性热输入较低而导致的窄热影响区、较小的变形和良好的熔深。

与传统 LBW 相比，HPDL 的先进特点是激光束斑的方形或矩形形状，可广泛调节。

包括30-50%的高能量转换效率，以及相对较高的辐射吸收率，这在焊接和主要在 PWHT 工艺中至关重要。

由于波长较短，位于大多数金属的表面上，位于 0.808 至 0.960 μm 的红外范围附近。

在较薄板材的传导模式焊接中，以高焊接速度产生的焊缝可实现优异的焊接表面和低飞溅。

PWHT用于最大限度地减少基材 (BM) 和熔合区 (FZ) 之间的微观结构和强度性能差异。

因它有助于回火，即软化并降低 FZ 中的硬度峰值，尤其是 HAZ 中的硬度峰值。

它还有助于提高焊接接头的韧性和减少残余应力，HPDL 不仅提供理想的光束几何形状和强度分布，而且还是执行热处理工艺（包括 PWHT）的有效方法。

二极管激光器技术的特殊性在于其固有的光束稳定性，矩形形状在一个方向上具有顶帽轮廓，从而在相对较大的区域内均匀加热表面。

二极管激光焊接材料热处理中，最重要的工艺参数是激光功率和移动速度。

与其他激光器相比，该激光器具有更高的光束质量、更长的使用寿命和更低的投资成本。

LBW 和焊后热处理

为了获得DP1400高强度钢的最佳激光焊接参数，进行了一系列初步焊接试验。

通过固定在夹具中，确保激光焊接过程中，接合表面之间的适当接触，每块板材长度在四个等距位置处通过激光点焊，以将其固定到位并防止接触表面移动。

使用安装在 Reis SRV 40 机械臂上的二极管激光器，进行无边缘准备的自生单道激光焊接，发射 940-980 nm 的离散波，最大输出功率为 3 kW。

以 7 l/min 的速率供应 99.996% 纯氩气 (Argon 4.6)，二极管激光焊接接头正面和背面的宏观图像。

焊后热处理采用二极管激光器，焊缝冷却至室温后，形成能量分布均匀的矩形光斑（15 mm×6 mm），输出功率为275 W。

仅对其中一根进行PWHT，在焊接接头的一侧，研究采用 Laserline LDF 5000-40 二极管激光器焊接时，微观结构和机械性能的变化。

其特征是发射的辐射波长在 940 至 1060 nm 之间，最大输出功率为 5 kW。

使用的 PWHT 温度为 650 °C，这是马氏体回火的理想温度，并且 PWHT 的温度是用高温计和热电偶测量的。

使用 SEM (Zeiss Evo MA10) SEM 在 30 kV 加速电压下观察焊接接头和 HAZ 的微观结构演变。

维氏显微硬度测试

通过Mitutoyo MVK-H1显微硬度测试仪，在焊接样品的蚀刻横截面上进行，负载为 200 g，停留时间为 10 s。

三点弯曲试验是根据EN 5173:2010标准，在室温下在ZD20液压试验设备上进行。

拉伸试验采用MTS 810.23-250 kN电动液压万能试验机，在室温下进行，力学试验所用的试样按照ISO 4136:2012标准设计。

在激光束焊接接头中，FZ 和真正的HAZ——粗晶热影响区 (CGHAZ)、细晶热影响区 (FGHAZ) 和临界热影响区 (ICHAZ) 区域，对于分析来说是非常重要的部分。

因为所有这些区域，都经历了非常快的冷却速率，并且发生了主要的冶金转变。

在钢中，热影响区达到的局部峰值温度，将导致基于局部相图的特定冶金转变，LBW和PWHT中FZ的显微组织，是熔池快速冷却和凝固的结果。

硬度曲线显示出从FZ到HAZ逐渐降低的趋势，板条马氏体与铁素体 (F) 和一些贝氏体 (B) 一起存在，这会导致强度降低。

但也可以通过在焊接过程中，使用填充材料，来增强强度！

当整个接头在650 °C进行PWHT时，CGHAZ的硬度峰值较低，变得更接近BM硬度。

这是由于马氏体回火和碳化物析出，使该区域软化，也可以增强能量吸收能力。

在FGHAZ中，由于PWHT，马氏体经历了进一步的回火，并且可以观察到很少的晶粒粗化。

ICHAZ接近BM，焊接峰值温度接近Ac 1温度，铁素体内有小尺寸碳化物析出，LBW和PWHT的变化几乎相同。

对样品进行机械研磨和抛光，然后用2%的硝酸乙醇进行蚀刻，沿厚度方向对蚀刻样品进行显微硬度测量，硬度压痕点间距为 0.1 mm。

对 BM、HAZ 和 FZ 进行显微硬度横向测量，与 BM 相比，LBW和PWHT焊缝区的硬度较低，但两者大致相同。

尽管我们可以看到 FZ 中的软化和焊缝强度的降低，CGHAZ和FGHAZ沿长度方向具有非常高的硬度。

尽管ICHAZ的硬度较低，并且从图中可以观察到软化。

高硬度值可以通过焊后热处理期间回火的快速冷却，而产生高马氏体含量来解释。

HAZ 的硬度分布显示出与较低强度类别DP1000钢类似的趋势，在激光束焊接过程中，靠近熔合线处观察到硬化，并且在 ICHAZ 和 SCHAZ 中发生软化。

弯曲测试

三点弯曲试验是在室温下使用直径为 50 mm 的轧辊，对 20 × 300 × 1 mm 的样品，进行正面和根部的三点弯曲试验，焊缝的正面和根部不进行打磨。

弯曲试验按照EN 5173:2010标准进行，压头直径为10毫米，固定支撑滚轮之间的距离为70毫米。

根据 EN 15614-11 标准对每种类型的4个样本，进行正面和根部弯曲期间的弯曲测试。

这表明接头具有高塑性性能，并且焊缝表面没有出现裂纹或缺陷，除了对于LBW的根部弯曲样品，这可能是由于超高强度钢的广泛塑性变形而发生的。

在给定焊接参数的焊接拉伸试验中，焊接试样的断裂在725±7 MPa的焊缝区开始，这表明该部分发生软化。

这意味着在这种热输入下，应用更高强度的基材 (DP 1400) 不会导致焊接接头强度更高。

PWHT 对拉伸强度（即 679±5 MPa）的影响并没有显着不利，因为与简单的LBW 测试相比，测量值略低。

LBW 接头的伸长百分比计算为2.8%，PWHT的伸长百分比为3.5%，DP1400 的焊接接头强度特性和焊缝硬度与较低等级的DP钢存在差异。

在拉伸测试过程中，断裂发生在软化的热影响区，并且在应用光纤激光器过程中，与母材相比，在焊接区观察到更高的硬度值。

通过SEM，在1000倍的放大倍数下，拍摄拉伸断裂样品的断口。

在激光束焊接样品中，焊接部分发生了典型的剪切和延性破坏，破坏完全发生在 45° 平面。

该平面对应于负载下样本中最大剪切应力的平面，有时称为“剪切唇”。

这可以从拉伸样品的宏观照片中观察到，在PWHT拉伸样品中，WZ处也发生断裂，破坏完全是剪切和延性的。

广泛的微孔合并 (MVC) 的出现，导致断裂表面的韧窝破裂，这是延性破坏的特征，随着微观结构中应变的增加。

微孔隙进一步增长，并合并形成“杯状”凹坑的连续网络。

断裂面由许多峰谷组成，断裂的焊接区似乎包含许多夹杂物，并且韧窝破裂模式与这些夹杂物处的空隙成核有关。

对于薄板中 AHSS 和 UHSS 的连接，电阻点焊 (RSW) 是最广泛使用的工艺之一，RSW 操作速度快，可以轻松实现自动化，并且无需添加任何辅助焊接材料。

AHSS和UHSS的RSW研发领域可分为三个主要部分，与微观结构变化相关的有限元建模焊接设备和设置的改进，工艺参数的改进，基于实验方法设计。

有限元研究主要涉及潜在失效模式的预测，开发了一个二维代表性体积单元模型，用于确定 AHSS 的流动应力曲线和断裂标准。

开发了一个 3D 电热机械模型，以数值研究 RSW 过程中的温度分布、接触压力分布、熔核形成和电极压痕。

焊接设备和设置的改进，主要集中在电极几何形状或电源上，研究了改进的电极帽形貌，以提高电阻点焊的表面质量，研究了具有矩形几何形状的电极尖端。

使用自适应点焊方法，以减少喷射间距（<40 mm）情况下的分流效应，对于双相钢的 RSW，拉伸强度R m  = 1000 MPa，展示了双脉冲焊接技术的优点。

单双脉冲技术

双脉冲焊接增强了交叉张力强度和能量吸收能力，使用 AHSS 的双相电阻点焊Rm =  980 兆帕，添加二次电流可以改善拉伸剪切强度和失效模式。

对于工艺参数的制定，DoE 方法被广泛使用，用田口型 DoE 来优化镀锌 AHSS 的 RSW，他们表明，与焊接时间相比，焊接电流对拉伸强度值的影响更大。

为了优化高强度钢与奥氏体不锈钢异种连接的焊接参数，对于双相钢，提出了RSW优化统计分析方法。

焊接电流对电阻点焊双相钢焊缝的机械性能只有轻微的影响，他们还表明，最令人不满意的结果是伴随着开除的发生。

总结

研究分析了焊后热处理对DP1400 AHSS微观结构和力学性能的影响，LBW 期间和 PWHT 后观察到 FZ 强度的降低几乎相同。

由于焊后热处理，HAZ 的马氏体转变为 TM，并且在 ICHAZ的BM边界附近观察到更多的软化。

PWHT 导致 HAZ 中出现回火马氏体，并且 CGHAZ 和 FGHAZ 中的硬度峰值总体降低，几乎与 BM 相同。

这对于冷裂纹敏感性而言是一个显着的积极输出，此外还导致能量吸收的改善。

激光束焊接工艺，对DP1400钢的机械性能产生了一定影响，导致焊缝区域的硬度增加、抗拉强度提高，而延伸率降低。

通过合适的焊后热处理，如回火处理和时效处理，可以显著改善焊接接头的性能，提高韧性和延伸率，降低焊接区域的硬度和残余应力。

在实际应用中，需要结合激光束焊接工艺和合适的焊后热处理方法，以达到最优的机械性能和可靠性要求。