激光焊量产第一年:焊缝发黑不是功率不够
激光焊一米八的缝只要三十五秒,可焊完四分之一发黑,打磨比焊接还慢。不是功率不够,是拼缝间隙、夹具压不实和保护气三个地方没弄对。
2018 年 3 月,厂里进了一台两千瓦的光纤激光焊,配一台六轴机器人,做门板的拼缝。卖家来调了三天,焊出来的样件漂亮,一条银亮的缝,比氩弧焊快十倍。
量产第一个月,二百四十件门板,六十二件焊缝发黑。黑的不是整条,是一段一段,像被火燎过。
三十五秒和八分钟
一米八的缝,激光焊三十五秒焊完,氩弧焊要十二分钟。这个差距是我们买它的理由。
发黑的那六十二件得打磨。一段黑,用百叶轮顺一遍,再拉丝复原,一件八分钟。四个人一天处理三十件,两天才干完。打磨的时间把省下来的焊接时间全吃回去了,还多。
更麻烦的是,磨过的地方纹路和旁边不一样。门板是外露件,侧光一看,一条磨痕。
发黑是氧化,不是烧穿
发黑的本质是高温下金属和氧反应。激光焊的熔池温度两千度以上,冷却又快,保护气没盖住的地方,一瞬间就氧化了。
我们一开始以为功率太大。把功率从一千八降到一千五,黑是少了,但熔深不够,一点二的板只熔透零点八,一掰就开。这条路走不通。
又怀疑速度。速度从三点二降到二点六,热输入大了,黑得更厉害。提到四米,飞溅多,缝不连续。参数调了一个星期,没调出来。
间隙才是根子
把发黑的件摆开量,发现一个规律:发黑的段,拼缝间隙都在零点二以上;亮的那段,间隙零点一以内。
间隙大,熔池往下塌,形成一个小凹坑,保护气吹进去形成涡流,反而把空气卷进来。这是激光焊的老毛病,薄板特别明显。
板是剪板机下的料,刀口间隙没调好,切口有毛刺,两块板拼起来,毛刺顶着,间隙忽大忽小。同一批板,间隙从零点零八到零点二五。
改用激光切割下料,切口垂直,间隙稳定在零点一以内,发黑的比例从百分之二十六降到百分之四。代价是下料费一块二一米,一张门板多两块多,比打磨一件八分钟便宜太多。
夹具压不实,焦点就跑了
还有一个原因是夹具。门板一米八长,原来用四个压脚,中间一段压不实,板翘起来零点三。
激光的焦点在零点二毫米的范围里,板一翘,焦点跑到板面上方,功率密度掉一半,焊出来就是一条浅浅的沟,还发黄。
我们把压脚加到每三百毫米一个,一共七个,中间加一根压料梁。压料梁是铝的,轻,不变形,上面贴两毫米硅胶,压下去不划伤板面。这套夹具花了四千二,比调参数管用。
保护气怎么给
气是另一个坑。卖家配的是氩气,二十升每分钟,侧吹,角度十五度。氩气一罐两百八,一个月十二罐。
我们试了氮气。一罐八十,便宜三分之二,焊 304 也没问题,但焊缝会微微发黄,比氩气黄一档。外露件不行,内藏件可以。
现在的规矩是:外露门板用氩气,二十五升,喷嘴离工件八毫米;内藏骨架用氮气,二十升。气嘴角度按板厚调,一点二的板十五度,两毫米的二十五度。角度小了,气盖不住熔池尾部,尾巴先黑。
激光焊适合什么活
这一年做下来,我的判断是:激光焊适合长直缝、薄板、大批量。一米以上的直缝,它比氩弧焊快十倍;异形、拐角、厚板,还是氩弧焊稳。
我们厂现在两种都留着。激光焊做门板、围板、柜体侧板这些直缝件,氩弧焊做骨架、拐角、修补。设备是工具,不是答案。卖家说这台机器能替代三个焊工,实际替代了一个半,另外半个在打磨。
那六十二件返工的门板赔了三千多,加上换激光下料的钱,这台机器头一年没赚回来,第二年才回本。