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光纤传输激光带卷拼焊
Mark Eisenmenger，Daniel Szymanski

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通过技术革新，TWB公司推出了一种突破性的带卷拼焊技术，可以实现拼焊产品的成卷供货。随着公司平均燃料经济性标准(CAFE)的提高以及消费者对燃油效率更高的汽车愈加偏爱，汽车行业不得不加紧探索新的技术和创新的方法，来系统地减轻汽车的重量和降低成本。对于汽车工程师来说，在保证汽车安全性的前提下提高燃油效率和减轻二氧化碳排放带来的负面影响，是一项艰巨的任务，也是汽车行业面临的挑战及机会。例如，减少100公斤汽车总重量可以使平均燃油经济性提高8%。 TWB的带卷拼焊生产线可以将不同厚度、不同钢种和不同涂镀层的带钢直接用激光焊机对焊起来，这些连在一起的激光拼焊板可以直接冲压成成品部件，而这些部件在不同的部位使用了不同的材料。该技术可以带来很多好处，例如通过设计整合来提高部件的强度，减轻重量，增强功能。此外，还能减少冲压和装配的次数，从而进一步降低复杂性和部件的总体尺寸公差。因此，通过这种简化并提高效率的措施可以带来可观的成本节约。过去20年中，汽车生产商在北美市场一直在使用拼焊板技术，他们认为这是一种非常关键的提高成本效益的减重技术。随着不断有新的更先进的高强度和超高强度等级的钢材开发出来，我们可以有选择性地在不同部位使用最适合的材料。这种定制方法使得我们可以通过灵活的部件设计来最大限度地优化单次冲压成型的部件的性能。同时，对钢种组合的优化将改进相关部件的抗冲击性能和抗碰撞吸收能，以获得令人垂涎的五星安全测试评级。追本溯源激光拼焊板最早于20世纪80年代中期由德国的蒂森克虏伯钢铁（ThyssenKrupp Steel）公司生产，以满足汽车工业不断扩大的技术要求。拼焊板最初主要用来生产比当时的热浸镀锌线更宽的部件。蒂森克虏伯的解决方案是将两张同样的钢板用激光焊接在一起，然后再进行冲压成形，以满足客户的需求。结果很令人满意，所以蒂森克虏伯钢铁公司1985年决定在其德国杜伊斯堡的工厂内大规模地生产激光拼焊板。自此以后，拼焊板技术不断发展，使得不同厚度、镀层和材料等级的各种钢板组合成为可能，包括不锈钢和碳素钢。 TWB公司于1992年在密歇根州的门罗成立，是沃辛顿工业公司（Worthington Industries）和蒂森克虏伯钢铁公司的合资企业。该合资企业已经成为北美市场拼焊技术的领导者。TWB的国际化网络还包括蒂森克虏伯拼焊板公司（TKTB）和一个设计拼焊产品生产设备的公司，他们的拼焊板和带卷拼焊产品已经在欧洲和亚洲得到全面应用。拼焊板在汽车上的应用已经超过18种，应用较多的包括车门内板、汽车侧围、立柱、纵梁和梁等。部件的整合和优化以及提高材料利用率，为汽车车身面板节约了装配成本、工装投资以及减轻了重量。随着OEM生产商继续设计和生产更多的全球整车平台，他们将更需要那些可以在全球范围内给予业务支持的供应商，例如像TWB和TKTB这样的公司。 TWB利用专利的流动式连续激光焊接技术，通过一个压辊传动系统来使钢板通过激光束，从而确保这种钢板焊接技术的高工艺可靠性和高效率。公司在其所有的拼焊板和带卷拼焊生产线中采用二氧化碳或光纤激光器作为激光源。所有的焊缝都使用专利的漏磁检测系统来进行监测，以保证质量和可靠性，它可以测量到内部焊缝中小至0.3毫米的不连续段。将其进一步与实时监测系统整合在一起可以检测精度高至0.03毫米的焊缝几何尺寸。（图片）带卷拼焊技术的发展 TWB公司在其连续激光焊接技术的基础上进一步扩展，将成卷带钢用激光拼焊在一起，然后再成卷用于加工中，例如下料、级进模冲压、多工位压力机冲压、滚轧成形。这一飞跃性的技术使得我们有可能运用不同种类、厚度、镀层的组合来拼焊成新的零部件。带卷拼焊技术提供了一种成本效率很高的解决方案，来帮助解决传统的拼焊板无法解决的问题。这一技术吸引了汽车生产商和工程师们的注意，对于那些主要使用带卷加工的非汽车工业也极具吸引力。（图片）除了前面所述的益处，带卷拼焊还可以扩展许多种类的钢卷的宽度。大部分高强度钢、先进高强度钢、超高强度钢的钢卷宽度有一定的限制，以保证产品性能的统一性。TWB现在扩展了这些高强度钢材的宽度，从而赋予工程师们更大的灵活性，他们在设计零部件的时候可以考虑单次冲压成形的复合部件，而不是将多个部件生产出来以后再随后在下游生产工序中装配起来。带卷拼焊可以使宽度达到2.5米，这可以适用于世界上最大的带卷喂料机。级进模冲压和滚轧成形是两种最有效率的成形工序，当它们与带卷拼焊技术结合起来以后，可以大幅降低冲压成本和部件重量。这一技术也会提高串联式拉延的效率（用单个的板料进行喂料时的效率一般较低）。带卷拼焊技术已经在超过45种汽车车身部件的生产中得到应用，例如车顶弯梁、顶盖横梁、立柱加强板、横梁、前围、座椅板以及排气系统的部件，如果这45种都应用的话可以减少35公斤的重量。（图片）（图片） TWB带卷拼焊加工线所适用的带钢宽度一般在75毫米至1500毫米之间，厚度在0.6毫米至3.0毫米之间。它们同时被送入位置固定的6千瓦光纤传输激光焊接机，在这里被焊接好以后再按照客户的需求尺寸重新被复卷，以备客户进行下一步的加工成形。如果用3 个/ 以上的独立带卷来拼焊，那么前述带卷将被再次送入焊接机，最后出来的带卷有多个焊缝。大部分带卷通常是由3个带卷拼焊在一起的，因而拥有两个不同的焊缝。这一系列的开卷、焊接、监测和复卷的加工过程采用了相同的连续喂料焊接单元、质量监测系统以及专门针对拼焊板产品的质量标准。拼焊带卷上的任何焊接缺陷都会被标记出来，而任何一个孔洞都能在冲压或成形过程中被自动检测出来。每一米拼焊带卷上也将喷墨打印上它们的长度和序列号。（图片）带卷的长度均等问题已经被成功解决。因为带卷的厚度不同，所以往往在长度方面会有差异，幸好TWB找到了一种高效且成本效益高的方法来使长度均等。带卷焊接线可以在线加入较短的钢条卷，此时在钢条的头部和尾部之间会留下一个狭小的缝隙。这个小缝隙在带卷上会作为缺陷被检测并标记出来，不过这仍然不失为一种使材料利用率最大化的方式，不仅有效而且花费不高。（图片）小结拼焊板技术业已发展成熟，而带卷拼焊技术使行业内那些效率最高的成形工序可以有效利用到拼焊板的优点，例如级进模冲压和滚轧成形。这让汽车工程师们获得了另一个有用的帮手，让产品既能达到强制性的CAFé标准，又能满足消费者需求。通过优化现有的材料供应和冲压设备，他们可以获得显著的减重。借助带卷拼焊技术，TWB公司扩展了其焊接技术在汽车以及其它行业的应用范围。 10/24/2013


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