采用氦氣、氬氣氣體激光焊接來降低汽車制造成本

　　雖然關(guān)于車身設(shè)計的討論并不在本文的考慮范圍內(nèi)，然而，提高質(zhì)量和生產(chǎn)率的策略卻是討論的重點。這兩者都能通過混合加工技術(shù)來實現(xiàn)，這項技術(shù)將激光焊接與傳統(tǒng)金屬極氣體電弧焊(GMAW)結(jié)合起來進(jìn)行焊接。

　　激光參數(shù)，比如波長，光束質(zhì)量，光斑大小，功率密度，焦深，以及光束定位等等，對于成功進(jìn)行焊接都是十分關(guān)鍵的。其他參數(shù)還包括對GMAW能量源的常規(guī)補(bǔ)充和脈沖傳遞，GMAW金屬絲的定位，接觸的角度，以及金屬線的化學(xué)性質(zhì)。此外，基底材料氧化物表面情況，對接處的設(shè)計，焊縫寬度以及保護(hù)氣體類型和流量也給混合焊接工藝的質(zhì)量和性能帶來了影響。

　　下面將詳細(xì)的介紹氣體的選擇對許多方面的影響，這些方面包括了激光光束相互作用，防護(hù)效率，焊珠性能，以及用來傳輸標(biāo)準(zhǔn)的氣體混合物和流量的設(shè)備。

　　混合的激光加工技術(shù)將一個二級能源合并到焊接池區(qū)域。混合加工技術(shù)使得激光焊接的優(yōu)勢得到具體化，這些優(yōu)勢包括了焊接速度得到提高，熱影響區(qū)域受到限制，焊接的接縫變窄同時具有精良的焊道外形。GMAW作為二次能源，它提高了總體的加工能量效率，降低了裝備成本的同時還提高了焊接縫隙的能力，此外，它降低了冷卻速率，同時改善了鋁的能量耦合效率。

　　其次，盡管設(shè)備更加復(fù)雜，但是通過減小進(jìn)行焊接所需要的諧振腔的尺寸，GMAW的供能成本就降低了，從而降低了整個機(jī)器的成本。根據(jù)所要的結(jié)果可以決定GMAW焊絲進(jìn)給位置在激光光束之前或之后。利用拖尾式的GMAW焊絲進(jìn)給方式可以實現(xiàn)較高的焊接速度。GMAW焊絲被送入激光產(chǎn)生的熔融焊池中，這樣熔融焊絲所需要加入的二次能量就降低了。

　　此外，當(dāng)填充焊絲到達(dá)尾部時，GMAW的電弧產(chǎn)生等離子體，蒸發(fā)了基底材料，從而在焊接池的前邊緣處產(chǎn)生了凹陷。在熔融的焊接池內(nèi)的此凹陷降低了激光光束必須穿透的總深度，從而改善了穿透性能。已有資料很好的證明了，從匙孔或者焊接區(qū)域排出的蒸汽粒子會導(dǎo)致激光光束的衰減（散射和吸收），從而降低與基底材料耦合的光束能量。1激光光束的散射和吸收降低了焊接的速度和深度。2膠層決定了粒子越大，衰減效應(yīng)就越嚴(yán)重。

    氦氣保護(hù)氣體帶來最小的平均蒸汽粒子大小。這說明了對CO2或YAG激光焊接來說，純氦是控制粒子大小的最佳選擇。我們必須承認(rèn)，氦氣與氬氣相比，確實有比較高的電離率和較低的等離子體形成電壓，但是它的分子重量較小。因此，氦保護(hù)氣需要較大的流速，以保證有效的將激光光束路徑上的金屬蒸汽排出。由于氦氣的單位成本高于氬氣，因此，這就增加了焊接過程中平均每英尺成本。