相對于使用更傳統(tǒng)的光纖傳輸激光/機器人系統(tǒng)來說，采用裝備高功率CO2激光器和掃描頭的遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)（RWS）增加了焊接的循環(huán)時間。因為CO2激光遠(yuǎn)程焊接系統(tǒng)到工件之間的光束焦距超過800mm，完全可能降低焊接循環(huán)時間，原因是掃描系統(tǒng)的鏡片移動速度可超過700米/分鐘（見圖1）。而且，RWS的傳感器能自動測量和工件之間的焦距，使得改變并檢查焊接模式及定位數(shù)據(jù)變得簡便。然而，采用RWS后，保護氣體的應(yīng)用成為了問題——通常在CO2激光束功率超過3kW時必須使用保護氣體，而且應(yīng)用保護氣系統(tǒng)變得很困難。因此，在一項近期的研究中，對800Mpa級高強度鋼板進行RWS焊接，我們對影響焊珠外形和穿透的因素進行觀察，從而相應(yīng)決定是否使用保護氣。同樣被研究的還有那些對汽車零部件強度產(chǎn)生影響的參數(shù)。 研究最優(yōu)的狀況 在該項研究當(dāng)中，將進行SPFC 780 1.2mm厚度的鋼板的焊接。采用的激光功率在3～4.8kW，移動速度為2.4、2.8和3.2米/分鐘，以觀測熔化區(qū)域在有/無保護氣體的情況下受等離子體影響程度。產(chǎn)生的縫焊長22mm，氦氣流速為25升/分鐘。如圖2所示，這種氣體由一個循環(huán)噴氣孔傳輸。應(yīng)用的功率越高，熔化區(qū)域越難成形，這取決于是否存在保護氣體。由于不采用保護氣體時過程變得不穩(wěn)定，更高光束能量的穿透也更少。有趣的現(xiàn)象是焊接寬度會隨著焊接速度的增加而增加，穿透率提高。表1顯示了有/無保護氣體的情況下采用4.8kW激光得到的焊珠外形和穿透率情況。 在該過程中，RWS相比其他種類的激光系統(tǒng)更容易受到環(huán)境的影響，因為CO2激光具有長焦距，因此每部分計算出的區(qū)域需要通過觀察以獲得熔化外形的精確數(shù)據(jù)（見圖4）。當(dāng)對每個部分進行分析時，整個過程的穿透率和焊接寬度存在不同。因此，我們發(fā)現(xiàn)保護氣體對于穿透率和焊接寬度能產(chǎn)生影響，原因是它能起到穩(wěn)定流程的作用。總體來說，觀察到的應(yīng)力峰值在2.8米/分鐘，除了一些例外情況；我們的結(jié)論是重復(fù)焊接帶來的應(yīng)力同穿透率之間并無太大聯(lián)系。因為更低的焊接速度，通常能獲得更好的穿透效果。應(yīng)力載荷可能不會直接和穿透焊接寬度成比例關(guān)系（見圖5）。為了得到更精確的數(shù)據(jù)，需要對熔化區(qū)面積而非焊接寬度進行比較。應(yīng)力載荷所帶來的好處在于能增加焊接寬度。盡管無保護氣體會造成應(yīng)力載荷值的略微升高，但保護氣體在4.8kW的焊接過程中是必須的。在該情況下，除非使用保護氣體，否則該過程將變得不穩(wěn)定，穿透值也會太低（見圖6）。這里所描述的RWS焊接工藝從2006年開始就被用于焊接汽車保險杠（見圖7）。通常保險杠是采用電阻點焊、CO2電弧焊或冷金屬過渡焊來完成的。選用激光是因為它降低了循環(huán)時間，減少了材料成本，并提高了應(yīng)力載荷值。我們計劃研究RWS在其他汽車零部件加工中的應(yīng)用。 研究結(jié)論 通過這項研究，我們可以得到一些結(jié)論。首先，保護氣體對于光束功率大于4.8kW的保險杠焊接工藝來說是必不可少的。在缺少保護氣體的情況下，該工藝會變得不穩(wěn)定，并會出現(xiàn)焊珠缺陷。當(dāng)對鋼板（SPFC 780 1.2t）進行疊焊時，熔化的外形在不同截面各不相同。因此，為了得到更加可靠的數(shù)據(jù)，計算熔化區(qū)域面積是很有必要的。 除了以上提到的這些，應(yīng)力載荷值在中速焊接時通常是很高的。所以穿透率不會影響到重疊處的質(zhì)量。而當(dāng)采用保護氣時，高功率激光束的焊接工藝非常穩(wěn)定。因此為了得到完全穿透效果和穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，保護氣體非常關(guān)鍵。 本文作者M. J. Song（dkfltm3@naver.com），B. H. Jung（jeongbh@swhitech.co.kr）和M. Y. Lee（mylee@swhitech.co.kr）都來自韓國釜山Sungwoo Hitech公司的技術(shù)研究所；J. Suh（jsuh@kimm.re.kr）來自韓國機械與材料研究院。