汽车拼焊板全自动激光焊接系统 第４３卷第２期啊Ｅ珲墩ｖ。１．４３Ｎ。．２ Ｆｅｂ．２０１３垫！！堡！月Ｅｌｅｃｔｒｉｃ驯ｄｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ 汽车拼焊板全自动激光焊接系统 李斌１，郭涟１，郭平华１，王征１，钟如涛２ （１．武汉法利莱切割系统工程有限责任公司，湖北武汉４３０２２３；２．武钢设计研究院，湖北武汉４３００８０） 摘要：激光拼焊板已广泛应用－Ｉ－９５，－车－－和１造业，采用激光拼焊板工－Ｅ不仅能够降低整车的制造成本、物 流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率，而且可以减少外围加强件数量，简化装配步骤，同时提高车辆的碰撞能力、冲压成型率和抗腐能力。系统研究了汽车拼焊板全自动激光拼焊系统，采用高精度、快速、柔性电磁吸附装置夹紧工件以及激光切割一焊接一体化加工工艺，建立了焊接质量专家数据库，集成了在线检质量检测与焊缝跟踪系统。实现全自动激光拼焊生产线集成与自动控制系统，实现在一条 生产线上高质、高效率地进行直线、折线、曲线以及不等厚板多种类型板材的拼焊。 关键词：激光焊接；汽车拼焊板；自动焊接系统；柔性电磁铁中图分类号：ＴＧ４３９．４ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—２３０３（２０１３）０２—００６３—０５ ＤＯＩ：１０．７５１２１ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－２３０３．２０１３．０２．１ｌ Ａｕｔｏｓｐｅｌｌｓｙｓｔｅｍｏｆｗｅｌｄｉｎｇｐｌａｔｅａｕｔｏｍａｔｉｃｌａｓｅｒｗｅｌｄｉｎｇ ＬＩＢｉｎＩ，ＧＵＯＬｉａｎｌ，ＧＵＯＰｉｎｇ－ｈｕａＩ，ＷＡＮＧＺｈｅｎ９１，ＺＨＯＮＧＲｕ—ｔａ０２ ｆ１．ＷｕｈａｎＦａｒｌｅｙｌａｓｅｒｌａｂＣｕｔｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３０２２３，Ｃｈｉｎａ；２．Ｄｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ
激光焊接的工作原理及其主要工艺参数 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 2.3.受激吸收 受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的，受激辐射是相干的。 由受激辐射和自发辐射的相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度，使相干
焊接机的操作规程 注：在开机前先开启电脑，并接通自动工作台及其他运动控制部件的电源，并检查各部件运行是否正常，再进行以下操作： 1 检查设备连线是否完好，接通外部主电源； 2 打开主机柜电源（空气断路器）； 3 检查制冷机工作状态{水压表2Kg/cm2 SV设定温度)=25~28 PV （实际温度）=25~28}； 4 制冷机工作正常则右旋钥匙开关，启动主机柜电源； 5 按下激光电源启动键“START"; 6 等待约90S后，当屏幕右边的的所有设备自检项目均显示为“正常” 时 1、注意事项 （1）、警告 请不要让YAG激光照射到皮肤，可能会造成灼伤。 请不要让YAG激光照射到可燃物，可能会造成火灾。 激光加工中或加工刚结束时，请不要马上触摸工件，此时工件可能处于
高温状态。 请牢固连接指定的电线电缆，如使用容量不足的电缆或连接方法不正确， 会引起火灾。 请不要损伤电源电缆，连接线。一旦损伤，会造成触电、短路、起火。 如有损坏，需要修理、更换，请与本公司联系。 机器运行中出现焦臭味、异常声音、异常发热、冒烟等异常现象时，请立 即切断电源，尽快联系本公司。否则会造成触电、火灾。 请保证接地良好，如不接地，在故障和漏电时，可能会造成触电或损坏设备。 设备通电中会产生磁场，易受磁场影响的其他设备请不要接近。
请保持设备电器部分干爽，如果电器部分进水会破坏绝缘，会造成触电和短路，甚至火灾。 当设备使用中请不要覆盖毛毯、布等，这样会影响散热，可能造成发热、起火。 请不要将本设备用于金属加工以外的用途。 请在本设备的使用场所内放置灭火器，以防止火灾。 请定期对本设备进行维护保养。 2、安装要求 1.1本设备必须由经过专业人员培训的人进行操作，操作人员必须熟读 说明书。 1.2请将本设备安装在牢固的水平无倾斜的场所。 设备输入电压为单相AC220V 60 HZ 容量24A以上 或三相AC380V 60 HZ 容量20A以上本设备必须接地。
激光拼焊板的优点及其在汽车中的应用 一、拼焊板的优点 拼焊板目前主要应用于汽车制造 - 增强车身安全性； - 降低车身重量，降低油耗——增进汽车环保； - 减少部件数量； - 减小零部件制造、装配公差； - 降低整车制造成本； - 代表钢制车身发展方向。 蒂森公司从1985年开始生产拼焊板。以实用技术为导向的产品研发和对各个生产领域生产技术的掌控，等等这些因素使激光拼焊板技术成为推动汽车整车设计的新一轮创新浪潮。 激光拼焊技术的出现使得汽车生产制造从整车制造商向材料供应商转移。激光焊接技术是蒂森克虏伯公司在不断适应风云变幻的市场情况下与我们的客户一起共同研制的。最新的研究成果和生产设备、数控生产技术、产品质量的严格把关，再加上我们对客户的竭诚服务使我们能够不断满足客户的各种制造要求。 激光拼焊板的各项应用使得这项技术能给使用者带来一系列的好处，具体概括如下：- 优化零部件制造工艺，降低重量和生产成本； - 更少的部件数量使采购环节得以简化，同时提高了零部件的尺寸精度； - 部件的减少伴随生产设备的减少和制造工艺的简化，使生产效率提高同时投资减少； - 由于不再需要加强板，也没有搭接接缝，使层积构件的抗腐蚀性能大大提高； - 搭接接缝的减少也使以前所必需的密封工作和密封材料不再必要，降低成本的同时也使生产过程更加环保； - 拼焊板的成形加工性能和母材基本保持一致； - 不同材质、不同厚度和不同涂层的组合使部件的冲压性能得以最大发挥； - 精心选择材料的厚度和质量，使零部件的强度和碰撞特性得到本质的改良。 二、应用领域 激光拼焊板主要应用于汽车工业，但是它也可以应用于其他需要优化零部件和组装性能的领域例如家用电器工业。 重量降低（引用战斗机的概念，汽车的“推重比”更大）、零件装配数量减少、生产工艺得到优化、生产效率提高、整车制造成本下降。依据ULSAB（世界轻质钢制车身协会）的最新研究结果：最新型的钢制车身结构中50%采用了拼焊板制造。下面用插图描述其在汽车工业领域的应用。 （1）车身侧围 采用激光拼焊的车身侧围，不再需要附加的加强筋，重量和部件数量都得到减少。 当激光拼焊技术应用于车身侧围的制造，不再需要任何加强杆及附属的生产工艺，因此重量和部件数量都得到减少，高延展性材料的应用也使抗撞击能力得到改进，不再需要加强板，在B柱上，拼焊板的应用大大降低了累积公差。 激光拼焊板的采用提高了车门部件制成品质量的稳定性，使车门部件的调校不再是个难题，部件重量的下降也使整体车身的重量下降，原有接缝处密封措施的省略还带来环保方面的附加利益。 （2）底板和车门内板 激光拼焊汽车底板激光拼焊车门内板，无需加强板，刚性增强约40%
激光焊接机五大组成模块讲解 1、设备整体介绍： 激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。TY-LF-260型激光焊接实训机采用恒流脉冲式激光电源、灯泵浦Nd:YAG固体激光器、进口三菱PLC运控系统和高精度二维执行机构等核心模块组成。产品整机一体化机身结构，有功能集成度高、操作人性化设计、传动系统稳定、焊接加工效率高等特点，可完成电子、机械器件焊接加工，广泛应用于航天、通讯、电子、汽车制造等加工制造类行业。 2、激光焊接机五大组成模块的作用及介绍： （1）光学系统是激光焊接设备的核心部分，由灯泵浦Nd:YAG固体激光器、谐振腔模块、激光指示定位系统、扩束系统和聚焦系统组成。激光输出的好坏直接影响到激光焊接加工效果，因此激光器及整机激光光路的调试方法是学习阶段和实际应用当中必须掌握的技能。通过对此模块的仿真实训，可以使学员全方位了解激光焊接设备中光学系统的组成及工作原理，各光学器件的结构与调试方法。 ◆激光器：焊接设备激光器为灯泵浦Nd:YAG固体激光器，由激光金属腔、泵浦氙灯和 Nd:YAG激光晶体组成。其中激光金属腔为上下分体式全腔水冷式结构，全镀金面反射瓦块，光学反射率高，有助于激光反射集中，输出光束能量强；激光器泵浦源为强亮度高压氙灯，脉冲式出光激励激光晶体产生激光，使用寿命长；激光器工作物质为Nd:YAG 激光晶体。 ◆谐振腔：激光设备中光学谐振腔指的是全反膜片镜架和半反膜片镜架之间的组成区 域，当然其中包含激光腔体；谐振腔是产生激光不可或缺的重要部分，通常谐振腔的长度直接影响到激光输出的光束质量及功率能量的大小；对于激光设备而言，谐振腔的最佳长度一般在≥4倍的激光器腔长的距离（例：激光腔体有效腔长为130mm，则谐振腔的长度为≥520mm较为合适；具体效果以实际应用情况为准）。 ◆基准光定位系统：基准光是激光光路调试及加工应用当中的重要部分，激光设备当中 一般会采用波长为635nm-650nm的红光点状激光器作为光学基准定位，此激光器定位精准，且输出功率小，光束集中不易发散，作为激光设备整体光路调整及加工的指示定位光，实际应用效果极佳。 ◆扩束系统：激光焊接设备中的扩束系统采用的是2.5倍的光学扩束镜，扩束镜通过将 主光路输出的激光束进行准直、扩束后，可将原有的输出激光光斑扩大至原来的2.5倍，使之光束模式更好，能量更为集中；准直之后的激光束经过聚焦后可得到能量更为集中的精细光斑。 ◆聚焦系统：激光焊接设备中的聚焦系统是由45°导光反射镜、聚焦镜片、调焦输出筒 和吹气组件所组成；经过准直扩束后的激光光束先经过45°导光反射镜，被折射到加工平台，再由聚焦镜片将激光束聚焦到能量最为集中的状态进行焊接加工；调焦输出筒和吹气组件是在实际焊接应用中起到焦距调整和辅助气体保护的作用。 （2）控制系统是激光焊接设备的重要部分，由控制器模块、控制电路、功能控制面板、等组成。此系统完成激光设备的逻辑功能控制、电气控制及电器电压输出、执行程序编辑、自动加工应用等功能。通过对此模块的仿真实训，可以使学员全方位了解激光焊接设备中电气控制系统的组成及工作原理，各电子元器件的结构与调试方法。 ◆控制器模块：激光焊接设备中的控制器部分是整个电气控制电路中的核心器件，一般 采用三菱Fx2n-20GM型PLC微型电脑控制器、SMC-6480型运动控制器等型号的控制器； 此类控制器功能强大，能够完成整机执行程序的编辑及逻辑控制和整机自动加工，一般
一．安全注意事项 该设备属于四类激光产品，能产生漫反射，能引起人身伤害或火灾，在使用本机器之前，请仔细阅读以下安全注意事项，以确保能安全、正确的操作本机器。 1.本机供市电380V，箱内有高压，开机状态下不可触摸机器内部。 2.不准私自拆卸、安装、改造焊接机。 3.把焊接机放在水平和安全的地方。 4.接地，如果不接地，发生异常的时候你可能会触电。 5.不要窥视或触摸激光。 6.在操作过程中请佩戴好防护眼镜、防护手套、长袖夹克、皮革围裙等保护眼 睛和皮肤免受飞溅物的伤害。 7.避免激光直射皮肤。 8.不要触摸正在焊接或者钢焊接完成的工件。 9.只能使用给定的电缆。 10.不可损坏电源线和各种连接线。 11.若机器出现非正常情况，请立即按下急停按钮关机停止使用。 12.戴心脏起搏器的人严禁靠近焊接机，焊接机工作时会产生磁场，可能影响到 起搏器的正常工作而危害患者生命。 13.不要把水泼在焊接机上，水洒在焊接机上可能引起焊接机短路或者起火。 14.焊接机上不可放盛水的容器，水洒在焊接机上可能引起触电或火灾。 15.焊溅物可能点燃易燃品，所以焊接时远离易燃品。 16.为避免火灾，禁止让激光照射易燃材料。 17.除了焊接指定工件，焊接机不能移作他用。 18.为了以防万一，焊接机旁要放置灭火器。 19.焊接机要定期维护和保养，以防止任何潜在的危险。
二．使用注意事项 1.配备具有激光和焊接机的相关知识与经验的担当人员，担当人员不仅要掌握 焊接机的安全锁钥匙和密码，而且要指导操作者如何使用焊接机。 2.建立专用的激光焊接区，同时在焊接区设立“闲杂人员禁止靠近”等相关标 示。 3.把焊接机安装在水平、牢固的地方，不准放在倾斜的地方。 4.请在环境温度为5℃~30℃，湿度不大于35%的环境中使用本焊接机，周围环 境温度不应波动过大。禁止在下列环境中使用本焊接机： 有油污的环境；有震动的环境；有腐蚀的环境；高频噪声的环境； 潮湿的环境；含有高浓度碳、氮、硫的氧化物（CO 2、NO X 、 SO X ）的环境。 5.在冬天，如果环境温度降到0℃以下，水箱里的水就会结冰，水箱可能冻破。 所以特别小心在冬天要保证焊接机的环境温度不要低于0℃。如果环境温度降到0℃以下，请先排干水箱里的水，同时可以参考相关章节的介绍。 6.如果环境温度变化剧烈，在YAG激光棒和镜片上会形成水蒸气，这会影响焊 接机的使用。所以，尽可能阻止环境的剧烈变化。如果已经形成水蒸气，那么开机后先预热一会儿再使用机器。 7.如果焊接机的机壳有污点或水，请用干布或潮湿的布擦干。如果污点擦不干 净，可用中性的清洁剂或酒精擦拭干净。不可用汽油或油漆稀释剂擦拭机器。 8.禁止把螺丝或硬币等放在焊接机的内部或外部，这样可能引起短路而损害机 器。 9.请用手轻轻操作按钮，不要用螺丝刀等工具接触按钮。尤其不要用尖锐的东 西接触触摸屏，这样会造成触摸屏的永久性损害。应该用手指或专用的触摸笔操作触摸屏。 10.按钮和开关不要连续操作，保证每次只按一次。反复的开关对机器的寿命有 影响。
激光焊接的未来与前景 激光焊接前景 摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。 关键词：焊接技术关键制造工艺激光焊接产业化 焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m 高5．4m 重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m 长62m 厚337mm 重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。 但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。
激光焊接技术应用及其发展趋势 摘要：本文论述了激光焊接工艺的特点、激光焊接在汽车工业、微电子工业、生物医学等领域的应用以及研究现状，激光焊接的智能化控制，论述激光焊接需进一步研究与探讨的问题。关键词：激光焊接；混合焊接；焊接装置；应用领域 引言 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的Y AG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论，包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接，激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 一、激光焊接的质量与特点 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图1显示在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段[2]，激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。 1、激光焊接的焊缝形状 对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属，由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔，随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝，其焊缝形状深而窄，即具有较大的熔深熔宽比，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：l，最高可达10：1。图2显示四种焊法在316不锈钢及DUCOLW30钢上的焊缝截面形
激光焊接机的使用和日常维护 激光器的日常维护 注意：激光器维护的必须由经过专门培训的人员进行，否则容易产生严重的人为损坏。 1) 为了保证激光器一直处于正常的工作状态，连续工作二周后或停止使用一段时间时，在开机前 首先应对YAG棒、介质膜片及镜头保护玻璃等光路中的组件进行检查，确定各光学组件没有灰尘污染、霉变等异常现象，如有上述现象应及时进行处理，保证各光学组件不会在强激光照射下损坏。（若设备的使用环境比较清洁，上述检查可以相应延长至一个月甚至更长） 2) 冷却水的纯度是保证激光输出效率及激光器聚光腔组件寿命的关键，使用中应每周检查一次内 循环水的电导率，保证其电导率30.5MW·cm，每月必须更换一次内循环的去离子水，新注入纯水的电导率必须32MW·cm。https://www.doczj.com/doc/9411062987.html,随时注意观察冷却系统中离子交换柱的颜色变化，一旦发现交换柱中树脂的颜色变为深褐色甚至黑色，应立即更换树脂。 3) 设备操作人员可以经常用黑色像纸检查激光器输出光斑，一旦发现光斑不均匀或能量下降等现 象，应及时对激光器的谐振腔进行调整，确保激光输出的光束质量。典型光斑图象如下：调好后的光斑未调好的光斑 激光谐振腔的调整深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机 警告：本产品属于4类激光设备，直接的强激光照射可以对人体皮肤产生严重伤害，特别是将使眼睛致盲，调试操作人员必须具备激光安全防护的常识，工作中必须佩带针对1.064mm波长的专用激光防护眼镜。 注意：当强激光直接照射到木材等易燃品时会产生明火，调试过程中应在激光输出的光路上放置一块吸收性能良好的黑色金属材料作为光束终止器，防止引起火灾事故。
分析激光焊接技术的发展与展望 发表时间：2019-09-01T18:34:12.243Z 来源：《防护工程》2019年12期作者：张洪涛 [导读] 激光焊接技术是现如今在焊接领域应用最为广泛的一种焊接技术，其发展潜力也十分的强大。 佛山市宏石激光技术有限公司 528312 摘要：随着激光技术的诞生，对其的研究也在不断的深入。现如今激光技术所应用的领域已经十分的广泛，并取得了十分显著的成果。而焊接技术与激光技术完美的融合到一起，就是现在的激光焊接技术，将其应用到焊接领域，能够有效的弥补传统焊接技术的局限，所以激光焊接技术的应用范围也更加的广泛，尤其是在航空航天，汽车制造等领域，更有着十分明显的优势。所以，激光焊接技术在未来必然会有着更为广阔的发展前景，必将会被应用到更多的领域之中。因此，本文首先将概述激光焊接技术的发展历程，然后详细阐述激光焊接技术的未来发展前景，希望可以为相关工作人员提供有用的参考。 关键词：激光焊接技术；发展历程；国内发展现状；国外发展现状；未来展望 激光焊接技术是现如今在焊接领域应用最为广泛的一种焊接技术，其发展潜力也十分的强大。该技术在上世纪就在西方国家的工业生产中得到应用，而随着现代工业的迅猛发展，这就使得激光焊接技术拥有了更为广阔的发展前景以及发展空间。现如今激光焊接技术，已经被应用到汽车制造领域、航空航天领域、压力容器领域以及武器制造等多个领域。所以，通过对激光焊接技术的发展现状进行有效分析，这样就能够更好的挖掘激光焊接技术的未来发展情况，从而从宏观上对激光焊接技术有着更为深入的了解，使激光焊接技术能够在我国得到更好的应用，全面的提高我国的焊接水平，保证我国的经济发展[1]。 一、激光焊接技术的发展历程 （一）激光焊接技术在我国的发展历程 早在20世纪60年代初，激光焊接技术就已经呗发现，并被初步的投入到了生产之中，然而由于当时我国的国情比较复杂，所以就十分遗憾的错过了这次发展机遇。而到了上世纪80年代，邓小平积极的推进了改革开放战略，我国终于又一次的打开了国门，并积极的与世界的其他国家建立了联系，这就使得我国第一次接触到激光技术。但是，直到20世纪90年代末，我国的激光技术才算是得到了初步的发展，逐渐的形成规模，并融入到了焊接领域。而到了今天，在我国对激光焊接技术研究最为深入的就是哈尔滨焊接研究所[2]。 随着我国社会经济的迅猛发展，也有力的推动了我国科学技术的快速进步，尤其是我国不仅充分的获取了国际上的高新技术，同时还在积极的探究如何更好的增强激光焊接技术的功率。现如今，我国已经突破了大功率激光焊接技术，这可以说是一项十分重大的突破，有着里程碑式的意义。并且，还为激光焊接技术有效的打下了坚实的基础。同时，我国还在异种金属焊、激光热丝焊等多个领域对激光焊接技术进行研究，使得激光焊接技术越发的完善[3]。 （二）激光焊接技术在国外的发展历程 激光焊接技术就是起源于西方国家，所以对激光焊接技术，国外对其研究的时间相比我国也要更长，并且激光焊接技术在国外经过多年的发展，也已经十分的成熟，该技术也越发的完善。早在上世纪的八十年代初，日本、德国以及美国等很多的西方国家，都在积极的探索如果将激光技术更好的应用到传统的制造类行业之中，通过大量的研究之后，有效的促进了激光焊接技术的发展。特别是进入21世纪之后，激光焊接技术所适用于的范围更加的广泛，在很多个领域都能够看到激光焊接技术在其中发挥作用。并且，对激光焊接技术有许多的国家对其建立相关的规章制度，保证激光焊接技术的应用更加的完善。并且，有很多的西方发达国家不仅将激光焊接技术应用于中小型的生产制造行业中，还将激光焊接技术的融入到大型的现代生产制造企业之中，并取得了十分显著的成果，尤其是将其应用到军事领域之中，有着令人瞩目的效果，这充分的说明了激光焊接技术有着很强的适用性[4]。 二、激光焊接技术的未来发展前景 激光焊接技术是一种将传统焊接技术与现代科学技术完美融合的新技术，将其应用到焊接领域可以很好突破传统焊接技术的局限性，这就使得激光焊接技术有着更为广阔的使用范围。并且，通过将现代先进的科学技术融入到激光焊接技术之中，可以更有效的提升激光焊接技术的精确程度和工作效率。我相信随着我国科学技术的发展，激光焊接技术将会拥有更高的功率密度，还能够更快的释放能量，从而有效的加快激光焊接技术的焊接效率，还能够进一步保证焊接质量。 同时，由于现如今的激光焊接技术其聚焦点要更小，这就使得激光焊接技术能够取得更为显著黏连效果。尤其是在完成焊接工作后，不需要进行传统的后续处理工作。尤其是随着现代激光焊接技术的迅猛发展，其聚焦点必然也会随之大幅减小，这样就可以进一步的保证黏连效果，还可以很好的防止对材料造成任何的破坏。目前，对焊接的精确度要求最高的就是高新技术的领域，如电子器件、计算机元件等。所以，通过应用的激光焊接技术，能够有效的降低小件器件以及普通制造企业的生产成本，有着十分广阔的应用前景。并且，激光焊接技术的使用工艺也必然会愈发的完善，可以使我国企业更好的对制造成本进控制，使激光焊接技术在我国能够让更多的人有正确的认识，并可以切实的掌握这项技术。有很多人都激光焊接技术看作是传统焊接技术的外来发展方向，由于激光焊接的操作十分简单，可以应用于多种材质的焊接之中，所以该技术受到我国社会各界的高度关注。再加上激光的折射线和穿透性都有着很好的保证，还可以在任意一个方向形成聚焦，这就使得激光焊接技术的应用范围更加的广阔[5]。 同时，激光焊接相比其他的焊接技术，其适应性要更为突出。特别是激光焊接技术对工作环境没有任何的特殊要求，而传统的焊接模式有时需要在气体保护状态下或者是真空环境之中，才能够开展焊接工作。而因为激光能在短时间迅速的完成聚焦，这就使得在所有的环境下，激光焊接技术都能够有效的完成焊接工作。激光焊接技术经过半个世纪的发展滞后，现代人们对激光焊接技术的认识也更加的深刻，其不仅在军事领域得到了有效的应用，还在民用领域得到的大力的发展。所以，在未来的仪器制造领域、汽车制造领域等多个领域中，激光焊接技术的优势能够充分的得到发挥，特别是在医学领域以及军事领域中，可以绽放更加耀眼的光芒。这是因为激光焊接技术有着融合快、热量高以及干净卫生等诸多十分明显的优点，将激光焊接技术应用到临床医学的诊治之中，比如生殖医学以及神经医学等，都能够应用激光焊接技术，这对促使激光焊接技术的发展有着十分重大的意义。 三、结束语 总而言之，激光焊接技术与传统焊接技术相比有着很多明显的优点，特别是激光焊接技术操作十分简便，还不会留下过大的焊缝，还
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910274668.8 (22)申请日 2019.04.08 (71)申请人 上海工程技术大学 地址 201620 上海市松江区龙腾路333号 (72)发明人 张培磊 吴希 何珊珊 李绍伟 卢庆华 闫华 于治水 (74)专利代理机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 31227 代理人 王一琦 (51)Int.Cl. B23K 26/12(2014.01) B23K 26/21(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方 法 (57)摘要 本发明涉及铝合金薄板激光焊接技术领域 的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法， 在合适的工艺参数下能够实现薄板铝合金的叠 焊，避免了较大热影响区以及激光焊接时气孔的 产生，获得的叠焊工件强度较高。在采用脉冲激 光焊接同时在一定角度通入保护气体，保护气气 流方向与焊接方向相匹配，降低了铝合金熔池氧 化；通过调整工艺参数减少了焊接时熔池金属的 飞溅。权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 109967869 A 2019.07.05 C N 109967869 A
权 利 要 求 书1/1页CN 109967869 A 1.一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)焊前准备步骤：取两块厚度均为1mm的铝合金板(1)，将其中一块铝合金板(1)的上板面作为焊接面(2)，采用砂纸打磨焊接面(2)，使得焊接面(2)处于平整状态，打磨完成后清理焊接面(2)的待焊区域(3)以及两块铝合金板(1)的相对面，用丙酮或酒精将焊接面(2)上的待焊区域(3)彻底擦拭干净，然后等丙酮或酒精完全挥发使得上述的待焊区域(3)处于干燥状态，上述焊接面(2)上的待焊区域(3)为焊缝的覆盖区域，上述焊接面(2)上的待焊区域(3)是宽度为1mm的、焊接时被焊缝覆盖的长条状平面； 2)装夹步骤：将两块铝合金板(1)上下叠加放置并形成矩形的叠加区域，并用夹具同时夹住两块铝合金板(1)，两块铝合金板(1)叠加区域的宽度控制在30-40mm，上述待焊区域(3)的长度方向平行于叠加区域的长度方向； 3)焊接步骤：调整激光焊接的工艺参数，使得功率2.6～2.8W，焊接速度5～8mm/s，激光脉冲持续时间10～13ms、频率9～16Hz，保护气喷气装置(5)输出的保护气体为99.9％的氩气，保护气体流量15～20L/min，其中，焊接方向以待焊区域(3)的长度方向为准，以焊接前进方向为准保护气喷气装置(5)的出气端在激光焊机(4)焊接端后面2～3mm的位置，保护气体的喷射方向线与焊接面(2)形成30度的夹角，调整完毕后用激光焊机(4)对装夹完成的两块铝合金板(1)进行焊接，焊接时激光束与焊接面(2)形成的夹角为90度； 4)焊后检测与分析步骤：焊后对焊缝的外观进行目测检验，对焊接接头进行力学性能检测，采用XRD对金属间化合物进行成分分析。 2.根据权利要求1所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法，其特征在于：两块铝合金板(1)的相对面之间的间隙不大于0.1mm。 3.根据权利要求1所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法，其特征在于：在焊接步骤中激光焊接的脉冲激光离焦量为0mm。 4.根据权利要求1所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法，其特征在于：在焊前准备步骤中打磨焊接面(2)时，先用粗砂纸打磨焊接面(2)，然后再用细砂纸打磨焊接面(2)。 5.根据权利要求4所述的一种6061铝合金薄板脉冲激光叠焊工艺方法，其特征在于：上述粗砂纸选为800目的规格，细砂纸选为2000目的规格。 2
激光加I技术基于机器人的自动激光焊接系统的开发 Development of Automatic Laser Welding System Based on Robot 高能束流加工技术国防科技重点实验室白凤民巴瑞章 [摘要]激光焊接作为一种高质量、高效率的焊接方法近年来得到了广泛的应用。机器人作为自动化技术与先进制造技术的典型代表和主要技术手段,在自动化焊接中发挥着重要的作用。本文介绍了在原有设备基础上,针对原有激光焊接设备存在的参数更改困难、时序控制精度低以及浪费人力、工作效率低等问题,利用激光器与机器人现有接口,进行了系统集成的软硬件设计,从而开发出一套基于机器人的自动激光焊接系统。实践表明,该系统操作方便,极大地提高了工作效率;完全可以控制机器人与激光器联动以及焊接过程中功率的调整,为激光焊接工艺的改进提供了有利的条件。 关键词:激光焊接机器人系统集成 [ABSTRACT]Laser welding is widely used re— cently due to its high quality and high efficiency. As a typical representative and main technology,robot plays an important role in automatic welding. on the basis of former equipment,which is difficult to change pa珀me— ters and with low time.wasted and 10w efficiency opera— tion,an automatic laser welding system based on robot is developed by means of the existing interface of the laser and the robot and the design of hardware and soft— ware for system integration. The system is efficient and easy to operate.The robot and 1aser work synchronously and the power in welding can be adj usted. It is helpful for improVing welding techn0109y. Keywords:Laser welding R0bot System inte-gratiOn 机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段,它在提升企业技术水平、稳定产品质量、提高生产效率等方面具有重要作用。工业机器人作为现代制造业主要的自动化装备,已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业,主要用于完成焊接、装配、搬运、加工、喷涂等复杂作业。据统
激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展，近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢？激光焊接的特点与优点又有哪些呢？ 下图是激光焊接的工作原理： 首先，什么是激光？世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦，但仍属于低能量输出. 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，假如焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG 激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省往复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生均匀为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远间隔焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。
铝合金薄板激光填丝焊接技术 来源：佳工网日期：2011-12-03 点击：27 更多0 激光填丝焊接铝合金不但可以保持激光焊固有的优点，如能量集中、变形小等，还可以降低对接焊时的间隙裕度，减少焊接缺陷，提高接头性能等，从而扩大铝合金薄板激光焊接在航空航天工业中的应用。 铝合金是航空航天工业中的主要结构材料，它不仅具有高比强度、高比模量、良好的断裂韧性、疲劳强度和较低的裂纹扩展速率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的耐蚀性。在民用飞机中，铝合金占结构材料重量百分比高达70%~80%。在新一代军用飞机中，由于复合材料和钛合金用量的增加，铝合金的用量有所减少，但高纯、高强、高韧的高性能铝合金用量却增加了。苏-27飞机上铝合金约占全机结构重量的60%。 激光焊接具有能量集中、焊接变形小、焊缝质量优良、生产效率高等优点，此外激光的柔性更增加了焊接工艺的灵活性。在飞机制造中，激光焊接可以实现飞机结构以焊代铆以及替代常规焊接方法提高焊缝质量。因此对铝合金的激光焊接技术研究成为各国特别是航空航天制造工业界的焦点。 激光焊接如果不填丝，将存在如下局限性： 1.焊接接头的化学成份完全取决于母材，性能不能按要求进行调整；激光焊接铝合金时，低沸点元素容易蒸发造成接头性能下降。 2.激光焊接对接头间隙要求严格，自熔焊所允许的间隙量最大不超过板厚的10%。在实际生产中，尤其对于航空航天工业，不可避免地会遇到对薄板的对接激光焊，当薄板厚度为1.2mm或者更薄时，对接焊的间隙要求很难满足。如果对薄板采用曲面对接焊，这一间隙要求更难达到。虽然通过机械加工可以使被焊工件的装配间隙符合要求，但这势必增加成本，更不利于激光焊接在工业生产中推广应用。 3.激光焊接铝合金时过程不稳定，焊缝成形不理想，且由于熔池中高反射率和低表面张力，将会导致焊缝缺陷，如焊塌、气孔和软化等。 同时，铝合金对气孔有最大的敏感性，而氢是铝及铝合金熔焊时产生气孔的主要原因。氢之所以能使焊缝形成气孔，与其在铝及铝合金中溶解度的变化特性有关。平衡条件下，氢在铝及铝合金中的溶解度在凝固点时可以从0.69ml/100g突降到0.036ml/100g ，相差约20倍(在钢中只相差不到2倍)，这是氢容易使焊缝产生气孔的重要原因之一。另外，铝的导热性很强，在同样的工艺条件下，铝熔合区的冷却速度可为钢的4~7倍，不利于气泡的逸出，更易于促使气孔形成。这些问题制约了激光焊接技术在航空航天及国防工业等领域的应用。 采用激光填丝焊接技术（Laser Welding Technique with Filler Wire）不仅可以保持激光焊固有的优点，还可以改善铝合金激光焊接的表面成形，提高接头的力学性能，防止裂纹产生，以较小的功率实现厚板的焊接等，从而大大扩展激光焊接的可能性与应用范围。因此，激光填丝焊接技术是激光焊接的发展与应用中必须解决的一项基本技术。