高强度钢板加工--激光技术

高强度钢板加工--激光技术文章来源：法钢汽车制造商越来越依赖于激光技术来进行高强度钢板的加工处理。无论是用于焊接、切割或是表面处理，激光加工的经济优势均得到进一步体现。高强度钢板在汽车工业中得到越来越广泛的应用，这使得汽车的制造成本进一步降低。其原因在于，高强度钢板的使用降低了汽车装配环节中的零部件的数量，因此降低了生产成本，减轻了整车重量，最终使得汽车的燃油消耗得以降低。激光堆焊应用——表面耐磨处理新型钢材的使用并非一帆风顺，没有任何障碍。为了获得高强度或超高强度性能，通常在成型期间对汽车零部件进行压力硬化处理。奥地利格拉茨理工大学的模具与成型研究所进行的“CoolTool”项目正是进行了这方面的研究。这套方案包含了一套对压力硬化过程进行低温回火的模具加工系统，这个系统利用经过改进的技术，可以更加经济地对硼化合金钢进行压力硬化处理。冷却通道的几何形状就像网络一样布满于模具内部，从而优化了冷却与加热能力，缩短了加工周期。模具通常采用球墨铸铁材料制成，其成本很低，而且便于进行二次加工，但是存在表面强度低、耐磨性差等问题，所以有必要在承受高载荷区域覆上一层高硬度材料，激光粉末堆焊就可完成这个操作。事实证明，激光粉末堆焊是一种很好的完成此种工艺的方法。通快激光系统公司也进行了此种工艺的研究，并且开发出了金属粉末直接沉积设备(DirectMetalDeposition，DMD)。在这种工艺中，金属粉末以与激光光束同轴的方向被送入工件表面激光熔池中，而不必对工件进行预热。金属粉末与基体材料一起形成了高强度的耐磨冶金混合物。与传统的烧结方法相比，激光粉末沉积有着无可比拟的优势：热输入量小，硬度增加而且表面裂纹减少；涂层内部硬度有限分布，摩擦系数好；基体材料变形微乎其微，残余应力在成型中不会导致裂纹。而且激光粉末沉积完全可以用于自动化生产。三维激光切割——无可替代的方法切边是对高强度钢板的另一项挑战。三维激光器切割适用于成型钣金件的切边，特别是对于强度高达1500MPa的钢板，因为没有其他的加工方法可以替代。在这种情况下，用户就没有必要对昂贵的冲压设备和剪裁设备进行投资。因为在加工这些高硬度的材料时，传统设备的冲模或者刀具的使用寿命会大大缩短，而激光切割就不必考虑这些问题，还具有安装时间短、可灵活更换产品或样品生产等优点。通快的三维激光产品TruLaserCell已应用于大众帕萨特B侧围的切割，当然包括切边。B侧围由高强度钢板热成型而成，其硬度很高而且要承受很大的应力。高强度钢板所制的B侧围增加了耐冲撞力，提高了汽车的安全性。这也是尽管高强度钢板的成本较高，可是汽车制造商还是愿意使用的原因。激光焊接——效率、柔性、经济激光既可进行高强度钢板的切割，也可用于焊接。激光焊接效率更高，更加经济，而且焊接质量得到很大提升。但激光焊接对精度要求更高，而且激光器的投资成本相对而言也比较高。同激光切割相似，激光焊接的优势之一就是热输入量很小。因为对于高强度钢板来说，在热输入量过大的情况下，其中某些合金就会丧失高强度的特性。激光焊接同样也是高质量的加工过程，只有很小的热变形，几乎不会使材料产生翘曲，其精度也无与伦比。除此以外，激光还可以用来焊接某些不可想象的部件，如轿车后挡板和顶蓬连接处。而且，激光焊接与传统点焊相比，需要的凸缘更小，这同样降低了车身重量和燃油消耗。要实现这些优越性，连续焊缝是必要的。扫描焊接(ScannerWelding)则提供了更高的焊接效率、更大的柔性以及更好经济性，特别是对于某些部件需要很多短的搭接焊缝时更是如此。扫描焊接也被称之为远距离焊接(RemoteWelding)，这是一种使用扫描镜组的动态焊接工艺。通常的工件移动或者是焊接镜组移动时间减少了。一个或两个振镜在扫描镜头内将激光光束快速在焊缝之间切换，所需时间几乎为零。焊缝之间的距离越大，工件上的焊缝数量越多，这种技术的优势越明显。可以采用各种形状的焊缝而不要增加焊接时间，这使得热变形进一步降低。采用这种技术，焊接时间可以降低60%。因此，一个扫描镜组工作站可以替代几个传统的焊接工作站。在使用这种扫描焊接技术后，汽车车身的结构件可以变得更加灵活。焊缝形状可以根据焊点的强度要求采用不同的形式。这样，焊接凸边的尺寸相对电阻点焊可以进一步减小。汽车制造业因此得益于重量更轻、更加经济的高强度零部件。而且，激光扫描焊接仅需要从工件一侧进行焊接，这可以使得接头尺寸减小，降低车身重量但保证了车身强度。例如，扫描焊接工作站可以采用通快TLF激光的TrumaScanL4000或者是PFO配合工业机器人来实现。这种工作站也可以对整个车身进行三维加工。通快公司的高光束质量的TruDisk固体激光器用来配合机器人系统进行扫描焊接。对未来车身结构的研究表明，扫描焊接系统相对于电阻点焊来说，可以降低30%的投资成本，减少50%的加工区域，缩短60%的加工时间。结论激光技术为加工处理高强度钢板开启了一条新渠道，提高了经济效益。预计未来激光技术还将对汽车设计产生巨大的影响。