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钢材/模具
异种金属材料焊接的激光解决方案
星之球科技 来源:北京博奥嘉华激光科技有限公司2015-07-22 我要评论(0 )
车间中的温度很高,但还没有达到让人无法忍受的地步。两名机器操作员正在往脸上喷洒水雾。暗影和光斑映照在铝板、铜管和光伏行业
车间中的温度很高,但还没有达到让人无法忍受的地步。两名机器操作员正在往脸上喷洒水雾。暗影和光斑映照在铝板、铜管和光伏行业最快的一台激光加工机床上。从2010年开始,这台机床就占据了业内的头把交椅。
这个车间原先是菲斯曼公司在洛林地区厂房里的一间仓库。这个来自黑森州阿伦多夫的企业将太阳能集热器的生产基地搬迁到这里,并且很快取得了快速发展。在背阴的车间后部,一些特种机床将铜管弯曲并焊接成波浪形。在厂房前部则是这台屡创记录的激光加工机床,正在将铜制波纹管和铝板焊接成吸热器——太阳能集热器的核心模块。
为了使这台激光机床能够完成这样的作业,生产部经理克劳德?陶施不得不做很多劝说工作:“我们原本根本没有打算重新投资了。我们所希望的,仅仅是用铝来代替铜。”
因为铜非常昂贵,而当时吸热器还是完全由铜制造的。这种金属不仅导热性能非常好,抗腐蚀性也极为出色。而后面这个特性仅仅对吸热管有意义。陶施先生说:“原则上,我们原先可以毫不担心地就转换为用铝材制造吸热器。对于太阳能集热器的功能和使用寿命,两者没有什么不同,但是在材料成本方面则大幅降低了。”
但是对于当时业内流行的激光点焊工艺而言,加工何种材料还是有很大的区别。由于这两种金属的熔点相差很大,铜的熔点为1083.4℃,铝的熔点为660.4℃,因此,当铝已经开始熔化的时候,铜还只是呈现水平伸展的状态。但是这两种材料都无法焊接,陶施先生对此说道:“这取决于满足的一系列条件。”
为了克服这两种金属在熔点上的巨大差异,焊接激光光束不是照射在铜管和铝板的接触点上,而是照射到离铜管接触点上方百分之几毫米的地方,然后铜管所产生的一部分热量释放给铝板。如果一切顺利,也就是铜管与铝板无缝地接触。只要激光束聚焦正确、激光脉冲的能量和功率计量精确,那么发热并开始熔化的铜就将能量传递给铝,铝同样开始熔化。产生的一列焊点就将两个工件连接起来。但是最关键的问题是:铜管和铝板的连接强度究竟有多大?
由于菲斯曼的太阳能集热器要满足十分严格的质量要求,因此陶施先生设定了一个焊点可承受30吨拉力的目标,这个数值相当于一般焊缝的至少两倍。但是,“我们利用原有的焊接设备作了上百次焊接试验,也从来没有一次接近这个目标。”
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