- 降低焊接成本

新的技术可以提高焊接技术并降低能源消耗

一辆中等大小的汽车需要5,000个焊接，原始设备制造商们都在投资研究节能焊接结束，以此减少成本。降低耗能已经成为全球研究所最为关注的课题之一。美国哥伦比亚俄亥俄州立大学的工程师们宣称，已经成功攻破这个难题，开发了一种新的焊接技术，比普通方法减少80%的耗能，但是接合力却高出50%。

新的方法可能对汽车业产生巨大的影响，因为人们倾向把传统的钢质零部件与轻质替代金属相结合，减少汽车重量。然而，尽管最近的金属设计优势很多，但是替代金属仍然为制造商面前摆出了挑战。

蒸汽铝箔焊接术俄亥俄州立大学材料科学与工程专业教授Glenn Daehn说，“很多材料被认为无法用传统方法焊接，一部分原因是高热和再冷却会使材料脆弱。材料发展日新月异，但是焊接术并没有改进。我们能够复杂的微观结构设计金属，但是这种微观结构在焊接的时候就会受到破坏。用我们的方法，材料可以在塑造的同时被粘合在一起，而且变得非常坚硬。”

在电阻点焊方面，制造商在金属片上通过高电流，天然电阻生产热量，形成熔化槽，完成焊接。然而，高电流非常耗能，而且熔化的金属就不在坚硬。近些年来，Daehn和他的团队尝试了各种方法来解决问题，获得了半打以上的专利，整个系统被称作蒸汽铝箔焊接术（VFA）。

VFA利用一个高电容器组合，在一片薄铝箔内部制造非常短的电脉冲。在几百万分之一秒中内，铝箔蒸发了，产生的热气将两篇金属粘合在一起，速度是每小时数千英里。金属片并没有熔化，因此接缝中的金属并没有弱化。相反，冲击力直接将金属里的原子融合在一起。能源消耗被降低了，因为电脉冲很短，铝箔汽化所需要的能量要比熔化金属零部件的要少。

“材料发展日新月异，但是焊接术并没有改进。我们能够复杂的微观结构设计金属，但是这种微观结构在焊接的时候就会受到破坏…” - Glenn Daehn, Ohio State University

到目前为止，这个团队已经在型钢和铝合金之间建立了强大的联系，而且将高强钢和铝进行接合，比金属接缝要强大。大学城，这项技术还能应用于塑造金属零部件，并同时进行焊接。Daehn和他的团队现在想要与制造商合作，进一步开发这项技术。

点焊仍然是节能技术开发的重点。然而，传统的点焊，尤其是对铝组件，能源消耗非常高，而且电极损耗也很高。因此，在更换电极时经常需要停止，电极成本过高。

A recent DeltaSpot development is further evolution of the pincer gun

DeltaSpot点焊系统为了解决这些问题，Fronius公司开发的DeltaSpot点焊系统能够在电极和金属板之间的形成连续的拉丝。这样就保护了电极，在焊接之前保证材料的清洁地抵达接触点，并降低了整个耗能。

Fronius公司称，不管焊接材料是否是铝、或是不同级别的钢、或是镀锌或镀层薄板，灵活并可控制的流程保证了点焊的高质量。公司称，显而易见的高质量、系统的高生产力，加上节能等因素造就更加高效、稳定的生产工艺。Georg Fischer就是与Fronius共同开发DeltaSpot方案的众多供应商之一，他们帮助制造最新款Porsche Panamera汽车上的铝质门框。

最新的DeltaSpot产品还有杠杆式焊枪，提高了适用性和系统的技术，缩短了生产停滞期，并降低了运营成本。变压器和整流器也被移动到离电极更近的地方，以便减少输电损耗。

那么，激光焊接又如何了呢？去年在德国慕尼黑举行的全球激光光子学展览会上，Audi展示了以激光为基础的焊接工艺在生产中的积极效益。比如，Audi A8上的一些轻量零部件最快只要两次焊接就可以完成。

远程激光焊接术来自Audi内卡苏尔姆工厂的Jan-Phillip Weberpals说，远程激光焊接术在铝制悬挂式零部件焊接作业上，利用Lawerline的一个4kw的直接半导体光源，能在12秒钟内完成9个滚焊 — 这是传统激光焊接时间的一半。这不仅提高了焊接速度，而且能够节省25%的能源消耗。

GKN DriveLine in Germany is using a Trumpf TruDisk 5302 fibre-guided laser

在激光焊接术领域中的一位佼佼者就是Trumpf公司，日前刚刚推出的TruLaser Robot 5020 Basic Edition。他们的紧凑机器人系统拥有6个轴，能够焊接最厚4mm的低碳钢、不锈钢和铝板，为自动化激光焊接铺平了道路。更重的是，系统中的TruDiode直接半导体光源能够提高40%的效率，从而减少使用者的操作成本。

如果公司已经拥有激光切削机械能与TruDisk固体激光器融合，那么切削成本会更低。这是因为，激光能够用于网络中的很多系统，比如TruLaser Robot 5020 Basic Edition。这能减少最高50%的投资成本，实现光源利用率的最大化。

使用Trumpf TruDisk激光技术的就有GKN Driveline公司在德国茨维考工厂，两年前放弃二氧化碳转而使用TruDisk 5302现为引导激光。

负责中心工艺及茨维考工厂经营规划的Zoran Bubic说，“固体激光器焊接系统能极大减少生产成本，效率提高了近30%，比我们之前的二氧化碳系统更好，更节能。”

固体激光焊接系统的另外一个好处就是可以利用波长，使材料更有效地吸收热量，因此所需激光能源就少得多。在墨西哥、上海的GKN Driveline工厂也即将使用类似系统。

激光复合焊接术另一个颇受汽车业青睐的工艺就是激光复合焊接术，这种工艺同时使用了激光焊接和电弧焊，而且在同一个焊池里使用同一个焊接设备。使用这种工艺的公司就是Mercedes-Benz。

传统的MIG或激光工艺使用冷焊丝，而激光符合焊接利用低能源输入将焊接速度提高两倍，并且减少耗能，同时减少热变形。此外，可以使用电弧焊接材料，自发二氧化碳激光焊能够高度控制焊接质量和性能。

大多数原始设备制造商的工厂都实现了自动化，但是配有传统MIG或MAG焊接系统的机器人必须经常停下，清洁喷嘴里喷出的焊渣。这种工艺在时间、材料和能源损耗上还有很大的改进空间。因此很多汽车制造商，以现代汽车为代表，已经改用CMT工艺了。CMT不仅能减少焊渣，而且还能极大提高金属过度稳定性，明显减少点击的倾斜角。光是这个技术就能减少机器人在焊接时60%的停顿时间，提高了能源效率。

Fronius是特殊CMT技术供应商之一。在CMT工艺上，线圈移动被放到程序控制当中，这样热量就能快速进入。因此，材料转移几乎不会产生电流。

Aluminium TWBs are 25% cheaper to produce using new FSW process

对于那些质疑摩擦搅拌焊接的人来说，FSW焊接工艺区域激光焊接和MIG焊接之间。然而，通用汽车和TWB公司、Alcoa公司，以及Pacific Northwest National Laboratory通过合作，改进了FSW工艺，能够减少生产时间和成本，同时提高轻量零部件的强度。

摩擦搅拌焊接术合作的成果就是，使用铝之后，车门内板比使用现今制造方法轻了62%，便宜25%，同时保持原有的速度、规格、质量和持久性。研究团队决定对FSW进行改进，使公司制造的TWB能够广泛应用于汽车轻量材料。有了这个新的工艺，一个FSW机械就能每年接合250,000个汽车组件。

据TWB公司称，与GM公司合作完成了100个铝板的焊接、加工和分析。此后，TWB公司称他们的研究是世界上能安装运行铝制TWB，并且进行高产量制造的世界第一例。

当然，没有两个焊板是完全一样的。反过来，也没有两个焊缝的耗能是完全一样的。精确评定焊线所需能源就是开始节约的第一步。从此以后，工厂能够决定对焊接设备进行生么样的升级、组织、监控才是最适合工厂的需要，并达到节能的总体目标。