激光焊接

在所有的鋼管焊接應(yīng)用中，鋼帶的邊緣被熔化，當(dāng)使用夾緊支架把鋼管邊緣擠壓到一起時(shí)，邊緣發(fā)生凝固。然而，對(duì)激光焊接來(lái)說(shuō)，特有的性質(zhì)是它具有高能量的光束密度。激光光束不僅熔化了材料的表層，還產(chǎn)生了一個(gè)匙孔，以至焊縫外形很窄。

功率密度低于1MW/cm2的話，如GTAW技術(shù)，就產(chǎn)生不了足夠的能量密度以產(chǎn)生匙孔。這樣，無(wú)匙孔的工藝得到的焊接外形寬且淺。激光焊接的高精度帶來(lái)了更高效率的穿透，這又減少了晶粒生長(zhǎng)，帶來(lái)更好的金相質(zhì)量；另一方面，GTAW更高的熱能輸入與較慢的冷卻過(guò)程導(dǎo)致了粗糙的焊接結(jié)構(gòu)。

通常來(lái)說(shuō)，人們認(rèn)為激光焊接過(guò)程比GTAW快，它們有同樣的廢品率，而前者帶來(lái)更好的金相特性，這就帶來(lái)了更高的爆破強(qiáng)度和更高的可成形性。當(dāng)與高頻焊接相比時(shí)，激光加工材料過(guò)程不發(fā)生氧化，這就使得廢品率更低，可成形性更高。

光斑尺寸的影響

在不銹鋼管廠的焊接中，焊接深度是由鋼管的厚度決定的。這樣，生產(chǎn)目標(biāo)就是通過(guò)減小焊接寬度來(lái)提高可成形性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)更高的速度。在選擇最合適的激光時(shí)，人們不能只考慮光束質(zhì)量，還必須考慮軋管機(jī)的準(zhǔn)確性。此外，軋管機(jī)在尺寸上的誤差起作用以前還必須先考慮減小光斑時(shí)受到的限制。

在鋼管焊接中特有的尺寸上的問(wèn)題很多，然而，影響焊接的主要因素是，在焊接盒（更具體的說(shuō)，是焊接卷）上的接縫。一旦鋼帶經(jīng)過(guò)成形加工準(zhǔn)備進(jìn)行焊接時(shí)，焊縫的特徵包括了：鋼帶間隙、嚴(yán)重/輕微的焊接錯(cuò)位、焊縫中線的變化。間隙決定了要用多少材料來(lái)形成焊池。壓力太大將導(dǎo)致鋼管頂部或者內(nèi)徑材料過(guò)剩。另一方面，嚴(yán)重或者輕微的焊接錯(cuò)位會(huì)導(dǎo)致焊接外形不佳。

此外，經(jīng)過(guò)焊接盒之后，鋼管將被進(jìn)一步修整。這包括了尺寸調(diào)整和形狀（外形）上的調(diào)整。另一方面，額外的工作能夠去除一些嚴(yán)重/輕微的焊接缺陷，但是可能無(wú)法全部清除。當(dāng)然，我們希望實(shí)現(xiàn)零缺陷。一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)驗(yàn)法則是焊接缺陷不要超過(guò)材料厚度的百分之五。超過(guò)這個(gè)數(shù)值，將影響焊接產(chǎn)品的強(qiáng)度。

最后，焊接中線的存在對(duì)于高質(zhì)量不銹鋼管的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是很重要的。隨著汽車巿場(chǎng)對(duì)可成形性的日益重視，與之直接相關(guān)的就是需要更小的熱影響區(qū)（HAZ），并且減小焊接外形。反過(guò)來(lái)，這就促進(jìn)激光技術(shù)的發(fā)展，即提高光束質(zhì)量以減小光斑尺寸。隨著光斑尺寸不斷變小，我們需要更多的關(guān)注于掃描接縫中線時(shí)的精確度。一般來(lái)說(shuō)，鋼管制造商會(huì)盡可能的減小這個(gè)偏差，但是實(shí)際上，要達(dá)到0.2mm(0.008英寸)的偏差是很困難的。

這帶來(lái)了使用焊縫跟蹤系統(tǒng)的需要。最普遍的兩種跟蹤技術(shù)是機(jī)械掃描和激光掃描。一方面，機(jī)械系統(tǒng)使用了探針來(lái)接觸焊接池的接縫上游，它們會(huì)沾灰，磨損和振動(dòng)。這些系統(tǒng)的精確度是0.25mm(0.01英寸)，這對(duì)于高光束質(zhì)量的激光焊接來(lái)說(shuō)是不夠精確的。

另一方面，激光焊縫跟蹤可以實(shí)現(xiàn)所需要的精確度。一般來(lái)講，激光光線或者激光光點(diǎn)被投射在焊縫表面，得到的圖像被反饋到CMOS攝像機(jī)，該攝像機(jī)通過(guò)算法來(lái)確定焊縫、錯(cuò)誤接合和間隙的位置。

雖然成像速度是很重要的，但是在提供必要的閉環(huán)控制以直接在接縫上移動(dòng)激光聚焦頭時(shí)，激光焊縫跟蹤器必須有足夠快的控制器來(lái)精確編譯焊縫的位置。因此，焊縫跟蹤的準(zhǔn)確性很重要，而響應(yīng)時(shí)間也同樣重要。

總的來(lái)說(shuō)，焊縫跟蹤技術(shù)已經(jīng)得到充分發(fā)展，也能夠允許鋼管制造廠利用更高質(zhì)量的激光束，來(lái)生產(chǎn)可成形性更好的不銹鋼管。

因此，激光焊接找到了用武之地，它被用于降低焊接的多孔性，減小焊接外形，同時(shí)保持或者提高焊接速度。激光系統(tǒng)，如擴(kuò)散冷卻板條激光器，已經(jīng)提高了光束質(zhì)量，通過(guò)降低焊接寬度進(jìn)一步提高可成形性。這項(xiàng)發(fā)展導(dǎo)致了鋼管廠中更嚴(yán)格的尺寸控制和激光焊縫跟蹤的必要性。

這樣，不銹鋼管廠焊接過(guò)程的成功有賴于所有個(gè)別技術(shù)的整合，所以必須把它當(dāng)成一個(gè)完整系統(tǒng)來(lái)對(duì)待。