激光焊接界新晋网红——手持激光焊接的发展历程
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最近几年互联网上出现了很多红人,拥有不计其数的粉丝,说话一呼百应,被称为“网红”,而这两年要说在激光焊接界的网红那就非“手持激光连续焊接机”莫属了!那么今天就带领大家看看这款网红产品发展的艰辛路程。
众所周知,激光具有“单色性好、高方向性、高相干性和高亮度”等特点。而激光焊接也是应用激光器发出的光,经过光学处理后使激光光束聚焦,产生巨大能量的光束,照射到需焊接材料的焊接部位,让其熔化成型永久性连接的工艺过程。
十几年前,国内用于激光焊接的主要激光器是固体灯抽运激光器,其能耗、体积都较大,为了解决其光路方向不易改变等缺点,引进了光纤传输的激光焊接设备。而后受到国外的手持光纤传输设备的启发,生产出了自己的手持激光焊接机。
这算是国内“第一代的手持激光焊接机”,由于采用光纤柔性传输,让焊接设备在操作便捷性方面有了很大程度地提高。
那么当时“第一代的手持激光焊接机”和氩弧焊哪个好呢?大家总喜欢这么问。其实严格来说这是两种类型的设备,工作原理不同,不能单纯地进行比较,只能说它们各有各的适用场合。下面我们就来看看各自适用的场合。
手工氩弧焊优点:
1. 价格便宜,体积小;
2. 比较适合1 mm以上的材料焊接;
3. 焊接强度高,适用绝大多数材料;
4. 焊斑较大,外观漂亮。
氩弧焊缺点:
1. 热影响区较大,容易产生变形;
2. 对于1mm以下的板材容易产生
缺陷;
3. 弧光和废烟对人体有一定危害。
所以,手工氩弧焊比较适合中厚度板材焊接,有一定强度要求的结构件的焊接。薄板焊接如果边角处想获得直角的焊缝,后期打磨抛光的工作量会比较大,而且容易产生焊接缺陷。
第一代手持激光焊接机优点:
1. 光斑精细,可在0.6-2mm之间可调。
2. 发热量小不易产生变形。
3. 后期抛光打磨量少。
4. 不会产生大量废烟。
第一代手持激光焊接机的缺点:
1.价格成本比较高,当时一台设备也要10万左右。
2.体积大,能耗也比较高。体积大概有两个立方,能耗如果按200 W的使用功率来计算,大概每小时用电6度。
3. 熔深浅,焊接强度不是很高。还是用200 W焊接功率,光斑0.6 mm时,熔深大概在0.3 mm。
所以,第一代手持激光焊接机正好填补了氩弧焊的缺点,比较适合薄板材料并且焊接强度要求不高的产品。焊接外观美观,易于打磨。广泛用在广告焊字、磨具修补等行业。但是高额的价格、高能耗和巨大的体积还是阻碍了其被广泛推广和应用。
那么是不是这款设备从此就再无寸进了呢?很显然不会。
2017年,随着国产激光器企业的纷纷崛起,国产高性能的光纤激光器得到了推广。其中以锐科激光为代表的国产激光器厂家,纷纷推出了500 W、1000 W和3300 W等中高功率激光器。光纤激光器以光束质量好、体积小、能耗小、设备稳定兼容性好等特点迅速的占领了市场,使激光加工也拥有了更大的市场份额,并迅速的替代了以前的灯抽运固体激光器。这时有人发现了商机,其中以创恒激光等代表的激光设备制造企业率先推出了以500 W光纤激光器为光源的手持式光纤激光焊接机,这可以说是“第二代手持激光焊机”。
第二代和第一代相比,有了哪些进步呢?
第二代手持激光焊机由于使用了光纤激光器作为光源,具有了以下优点:
(同样以500 W为例)
从上表可以看出,“第二代手持激光焊机”各项性能是大大优于一代产品的。不仅仅延续了第一代的优点,还克服了很多缺点。提高了效率,降低了成本,还提升了加工性能,可以焊接一些有强度要求的产品,比较适合1.5 mm以下的材料焊接,而设备价格还差不多,所以又拥有了一大批客户。
那么“第二代手持激光焊机”是不是就完美了呢?也不是。过于精细的光斑使得其对焊接产品的配合精度要求很高。毕竟是用于手工焊接,很多加工厂商的零件没有高匹配的配合间隙。例如,焊接1 mm的材料时,如果焊接部位的焊缝大于0.2 mm,就会出现焊接缺陷。
为了克服“第二代手持激光焊机”对待加工焊缝要求过高的缺点,历时一年,“第三代手持激光焊机”于2018年底问世。
“第三代手持激光焊接机”也可以叫“摆动式手持激光焊接机”,在第二代前面加了摆动二字,就是说其主要特点就是焊接光斑是高频率摆动的,让原来0.2 mm的焊接光斑可调至6 mm,这样就可以对焊缝较大的产品进行焊接。而且创恒激光还推出了更大功率的设备,现在有1000 W和1500 W的手持摆动焊接机,体积比第二代体积还略小一点,而价格还有所下降。
2019年一投放市场就迅速蹿红。功率加大后最大熔深可以达到3 mm,光斑直径可以达到6 mm,这样就可以基本满足4 mm以下的材料焊接,不仅保持了原来焊接效率高、焊缝外观美观无变形、无需大量打磨和能耗低等特点,还可以实现异种材料的焊接,如不锈钢、碳钢板、镀锌板、铝板和钛的相互焊接(铜也可以焊但实用性不强)。因为增加了摆动功能,可以让两种不同材料的金属溶液通过搅拌充分融合,获得高强度的焊接效果。不仅用在广告、模具修补、不锈钢卫浴、地漏行业还可以用在钣金机柜、电箱电柜、不锈钢门窗和衣柜家具等行业。不需要复杂的夹具,只需要简单定位就可以焊出高质量的产品。
图创恒整机图
目前“第三代手持激光焊机”摆动焊接头主要有两种方式:一种是振镜式,一种是旋转式。
振镜式
旋转式
如果把摆动频率降低,手动焊接一直线,两种焊接方式会呈现出下面两种不同的轨迹,如下图:
旋转式
打个比喻,如果把手工焊接比喻成手工缝衣服,振镜式和旋转式就像是两种针法,都能把衣服缝好,哪一种好用就只能是仁者见仁,智者见智了。
下面是创恒激光“第三代手持激光焊机”产品现场应用的案例:
看到这里是不是觉得网红也是不容易的,也是付出了自己的努力的。2020年创恒激光将继续努力测试第四代的产品(送丝手持焊)。
然而对这个产品,作者总还是有自己的担心。手持激光焊属于四类激光产品,虽然设备有接地保护功能,但是毕竟是手持焊接,在焊接时焊接头和工件表面会有一定夹角,那样就会有一部分激光被材料反射出去,特别是焊铝和铜这样的高反材料更为明显。所以操作人员还是要有单独的操作空间,并佩戴激光护目镜。
国外操作人员带的防护面罩
最后,分析一下手持激光焊的发展方向,如果想实现更广的加工范围,还必须缩小设备体积,目前焊接头的体积仍然偏大,有些狭小空间不好操作,爬高操作也不方便。
目前1000 W手持摆动焊的市场价格在8万左右,一般客户还是难以接受。而安全性方面,也是目前国内最应该注意的。如果需要的焊接功率超过了1500 W,建议还是选用带防护罩的自动激光焊接设备。
文 / 惠治 焊接应用工艺主管
武汉创恒世纪激光科技有限公司
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