激光焊接电弧高速摄像技术中
提要: 建立了以激光为背景光源的高速摄像系统, 该系统包括焊接平台、焊接设备和摄像装置三部分。介绍了电弧高速摄像的关键技术,包括光路的设计、背景光源的选择和弧光的消除等。利用此系统可在线观测和监控焊接过程。
关键词: 激光应用; 电弧; 高速摄像
焊接电弧及熔滴过渡对焊接质量的影响起决定作用, 因此, 对焊接电弧及熔滴过渡的研究始终是焊接领域的重要课题, 由于电弧燃烧时发出强烈的光,肉眼无法观察, 必须借助于高速摄像机进行观察。本文建立了一套新的电弧高速摄像系统,特点是以激光作为背景光源, 使用方便、成本低。重点介绍了高速摄像关键技术。
1 高速摄像系统组成
高速摄像系统由三部分组成: 焊接平台: 焊接设备: 摄像装置。
1 . 1 焊接平
图 1 HGT - 3 ( A, B) 精密焊接工作台
焊接平台采用已有的成都电焊机研究所的HG T - 3 ( A,B ) 精密焊接工作台, 如图1 所示。该工作台可与 MI G/ MA G焊机、 TIG 焊机、微束等离子焊机组成全自动环缝焊接系统和圆管纵缝焊接系统。在配备专用夹具时, 还可以进行薄板对接焊接。工作台可以对 320 以内的管子进行施焊。实验管材如图 2 所示, 其结构尺寸为16 0 14 245。用三爪卡盘和尾座顶丝将管子对中固定, 调节焊矩位置。通过管子的周向转动, 而焊矩位置固定来达到对管子环焊缝进行施焊的目的。
图 2 实验管材
1 .
2 焊接设备
焊接设备采用北京时代科技股份有限公司的产品: WSM- 400 ( P NE21 - 40 0P) 数控脉冲氩弧焊机。该焊机是基于DSP、模糊控制、波形控制及自适应控制技术的全
数字脉冲氩弧/ 直流氩弧焊机。具有脉冲氩弧、直流氩弧、氩弧点焊、手工焊及简易氩弧焊五种焊接方式。可靠性高, 电流调节范围广( 1 A ~ 400A) 。在结合焊接平台具体操作时 , 将焊机的焊炬夹持在焊接平台的三维调节机构上, 该调节机构可以在 ( x ,y , z ) 三个方向进行调节。这样, 可以通过同心度检测来调整管子和焊炬的相互位置。
1 . 3 摄像装置
常见的高速摄像装置由四部分组成。( 1 ) 光源部分, 由点光源或平行光源组成。本文采用半导体激光器, 波长650nm, 功率小于 80mW。( 2 ) 扩束部分, 由显微目镜及凸透镜组成。( 3) 成像部分, 包括焊丝、成像物镜、小孔光阑、干涉滤光片。( 4) 摄像部分, 采用 Ca n a d i a n P hot oni c Labs 的彩色数字高速摄像机。高速摄像机包括主机和附件。主机型号 PLMS25k , 主要技术指标: CMO S 传感器, 触发方式为脉冲、同步、手动、连续, 操作环境为 Wi ndo ws 2000 兼容 Wi n98/ X P, 分辨率400 400( 500f ps ) / 100 20( 25000f ps) , 曝光时间 1 s/ 24ms, 记录时间 1. 5s - 15s , 电源 220VA C。附件包括镜头, 图像采集卡, 专用驱动软件, 计算机等。
2 焊接电弧高速摄像的关键技术
为了获取高质量的焊接电弧图像, 首先要对焊接电弧及熔滴过渡行为有比较深入的了解; 其次, 要熟悉高速摄像技术; 第三, 拍摄之前要对整个光路进行仔细的调整 1 。
2 . 1 正确选择光路参数
图 3 光路设计示意图
如图 3 所示, 根据试验经验, a、 c 要尽量的小。由于激光的相干性, 光路中的污物容易在底片上产生干涉而形成干涉花纹, 形成较大的光斑, 将严重破坏所摄取的图像质量。b、 d为凸透镜的的焦距, 也就是说, 透镜 1 处于透镜 2 的焦点上,小孔光阑处于透镜 3 的焦点上。c 视情况而定, 一般情况下,放大率选 1 即可, 如果拍摄熔滴过渡, 放大率以 2 3 为宜。
2 . 2 选择激光作为背景光源
由于电弧是一个高亮度辐射光源, 直接取像看不到其内部变化过程, 必须采用背光技术取像。对于背光的要求是,在高速摄像机处所接受的光的强度必须至少强于电弧本身的弧光。通常, 可选用的背光光源有 2 类, 一类是以氙灯、碘钨灯为代表的点光源背光光源; 另一类是以激光为代表的平行光背光光源。图 4 为两种背光光源下的光路示意图。
图 4 不同背光源下的光路示意图
由于背光光源为点光源( 如氙灯、碘钨灯) , 其自身光强与距离的平方成反比, 与电弧类似, 因此, 必须利用反射和透镜聚焦作用, 使光源收敛, 以提高光源的利用率。同时, 其光谱选择性比不上激光, 难以利用滤光片衰减弧光, 滤除弧光的任务完全由小孔光阑来承担。由于背光光源具有一定尺寸, 不能通过透镜严格聚焦于一点, 因此光阑小孔直径也不能太小, 滤除弧光的作用是有限的。加大背光功率, 提高背光/ 电弧光的比值是提高图像效果的首选途径。背光光源为平行光源( 一般为激光) 时, 由于激光为单色平行光源, 可以通过透镜聚焦成一个很小的点, 在光强比的调节上具有独特的优越性。因此, 利用扩束和聚焦作用能够拍出视场较大的、清晰程度较好的画面。由于激光为单色光, 使干涉滤光片的选择比较容易, 可以使在高速摄像成像处所接受的光的强度远高于电弧弧光, 同时还可以用小孔光阑调节弧光与背光的比例。激光为背光不足之处是由于激光的相干性, 光路中的污物 ( 如镜头上的灰尘等) 容易在底片上产生干涉而形成干涉花纹, 形成较大的光斑, 将严重破坏所摄取的图像质量。因此, 以激光为背光时, 镜头污物的清理尤为重要 2 。
图5a TIG 电弧图像( 无背景激光) 图 5 b TIG 电弧图像( 有背景激光)
当不用激光作为背景光源时, 拍摄的图像如图 5a 所示,此时, 只看到钟罩形的电弧图像, 看不到钨极。当采用激光作为背景光源时, 拍摄的图像如图 5 b 所示,
此时 , 除看到钟罩形的电弧图像外, 还可看到钨极的形貌。
2 .
3 利用小孔光阑滤掉弧光
在熔滴过渡高速摄像中, 弧光与背光的亮度应该有一个合适的比例, 如果背光太弱, 熔滴就显示不出来。仅靠调整曝光参数或加滤光片的普通摄影方法无法满足两者的亮度比例要求, 采用小孔光阑技术, 是提升电弧图像清晰度的较好办法。小孔光阑滤掉弧光的原理是, 电弧光的波长分布在从紫外到红外的很宽范围内, 而在某一波长上其强度不一定高。因此 , 功率不大的激光器发出的激光亮度就可能超过电弧中对应波长的弧光。激光为单一波长平行光, 经扩束后为近似平行光束, 当投射到成像物镜上时, 透镜将此平行光束在其焦点位置会聚为一点, 并顺利地通过小孔光阑; 而电弧光则是球面光, 在成像物镜的焦点处则形成一个一定大小的光斑, 其中仅有小孔部分通过光阑, 其余部分被阻挡, 从而达到衰减弧光的目的。同时弧光是球面波, 其强度与距离的平方成反比地迅速衰减, 激光经扩束后是接近平行的光束, 光强几乎与距离无关, 增大拍摄距离, 可使弧光消除得更多。通过上述措施衰减电弧光, 在摄像机中便可获得熔滴过渡的清晰阴影像。图 6a 是没用小孔光阑的图像, 电弧图像清晰可见;图 6b 是利用小孔光阑的图像, 电弧图像被滤掉, 清晰可见钨极及焊丝。图 6 c 是 MI G 焊熔滴过渡, 采用氩气保护焊接铜板, 采用铜焊丝。由图 6c 可以看出下方钟罩形的电弧,冲向熔池的熔滴。
3 高速摄像系统的特点
高速摄像机采用 C MOS 传感器。 C MO S ( Compl eme nt a ryMe t a l O xi de Se mi co ndu c t or) 即互补金属氧化物半导体。它是计算机系统内一种重要的芯片, 保存了系统引导所需的大量资料。从技术的角度比较, C MO S 与 CCD 相比较, 在信息读取方式、速度和电源及耗电量三个方面都具有优势。以前的高速摄影, 拍摄参数多、操作复杂, 必须请专业人员拍摄和冲洗才能达到预期效果, 做一次实验, 需投入较多的人力、物力, 实验成本很高。而本高速摄像系统一次成本投入后, 重复实验的成本很低, 操作简单, 拍摄的图像直接存储到计算机里。
总之, 建立了以激光为背景光源的高速摄像系统, 该系统包括焊接平台、焊接设备和摄像装置三部分。介绍了电弧高速摄像的关键技术, 包括光路的设计、背景光源的选择和弧光的消除等。得到了清晰的高速摄像图片, 满足了焊接试验分析和判断的需要。
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0前言20世纪70年代末，英国学者W M Steen 等率先 利用TIG 和CO 2激光实现了激光-电弧复合焊。近年来，随着电弧焊设备和激光器性能的提高，激光-电弧复合焊技术的发展日益加速，激光－电弧复合焊已成为激光焊接研究的热点方向，德国、美国、日本和瑞典等国家都在该领域做了大量的研究实践工作。激光-电弧复合焊的应用研究主要是针对高速薄板焊接、中厚钢板焊接和铜铝合金等高反射材料的焊接等，涉及的行业包括汽车、造船、航空和石油管道等。 1激光-电弧复合焊接的提出背景、基本原理和复合形式 聚焦激光束由于具有高的热源密度，使其应用于 焊接领域具有速度高、热输入小、变形小、热影响区窄以及接头综合性能好等一系列优点。但是，与其他焊接热源一样，激光焊也有其缺点：设备投资大；能量利用率低；焊前的准备工作要求高；高反射金属焊接困难，接头中容易产生气孔、裂纹、咬边等缺陷。为避免单独激光焊接所存在的问题，研究者便提出了激光与电弧的复合，其出发点是利用电弧焊接的低成本、适用范围宽等特点。随后的研究成果表明，激光－电弧复合热源既综合了上述2种焊接热源的优点，又相互弥补了各自的不足，还产生了额外的能量 协同效应。 激光－电弧复合焊接的原理如图1所示，激光与电弧同时作用于金属表面同一位置，焊缝上方因激光作用而产生光致等离子体云，等离子云对入射激光的吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后，低温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释，激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热，使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高，焊接熔深增加。另外，激光熔化金属为电弧提供自由电子，降低了电弧通道的电阻，电弧的能量利用率也提高，从而使总的能量利用率提高，熔深进一步增加。激光束对电弧还有聚焦、引导作用，使焊接过程中的电弧更加稳定。 在复合焊中，参与复合的激光包括Nd ：YAG （钕：钇铝石榴石）激光、CO 2激光；电弧包括TIG 电弧、MIG /MAG 电弧以及等离子弧，利用各种复合 收稿日期：2009-12-09 文章编号：1002－025X (2010)05-0002-06 激光－电弧复合焊接技术的研究与应用 袁小川1，赵 虎2，王平平2 （1.山东中德设备有限公司，山东济南250101；2.山东省冶金地质水文勘察公司，山东济南250101） 摘要：阐述了激光－电弧复合焊接的基本原理和复合形式，归纳了几种激光－电弧复合焊接技术的特点、应用范围和国内外的研究进展，介绍了目前国内外激光－电弧复合焊接技术在汽车、造船、石油化工等制造业中的应用，最后指出激光－电弧复合焊接技术有着非常广泛的应用前景，是今后激光焊接技术的发展趋势，激光－电弧复合焊接机理还有待于进一步研究。关键词：激光－电弧复合焊接；复合形式；研究进展；工业应用中图分类号：TG444.73 文献标志码：B
激光复合焊应用说明 大族激光科技产业集团股份有限公司 https://www.doczj.com/doc/cf11307032.html,
目录 1激光电弧复合焊设备说明 (3) 2激光电弧复合焊原理 (3) 3操作说明 (4) 4基本焊接工艺说明 (5)
1激光电弧复合焊设备说明 激光电弧复合焊设备主要由以下部分组成，包括：激光器、弧焊机及送丝机、机器人（机床）及控制器、复合焊接头等，如下图所示。弧焊机和激光器与机器人（机床）控制器相连形成一个整体。 2激光电弧复合焊原理 在激光电弧复合焊接过程中，焊丝、激光束、母材及焊接方向之间的关系如下图所示： 激光电弧复合焊原理图 在上图中，d1为焦点与工件的距离；d2为焊丝与激光光斑中心的距离（光丝距离），为保证焊接质量，需调整上述两参数；d3为电极与母材表面之间的距离，决定了焊丝的干伸长度。 d1值的大小决定了激光照射在母材表面光斑的大小，影响焊接的深度，同时与激光焊接时表面成型及飞渐情况有关。 d2距离的大小决定了电弧熔池与激光熔池两者之间的关系，为了得到最佳
的焊接效率及表面成形，特别是在进行全透焊接时，控制d2的大小很重要。 d3距离过大一方面会使送丝变得不稳定，另一方面会使电弧过长，易产生电弧摆动，出现烧边现象，使得焊接过程不稳定；过小则焊接电弧太短，易形成短路。一般控制d3约15mm，在焊接过程中所通过焊接电源的弧长修正进行微调，从而保证焊接的稳定性。 焊接方向为前送丝，即电弧在前，激光在后（铝合金焊接相反），焊接方向与焊缝成型及间隙适应性有关，同时前送丝可减少焊接烟尘对未焊接头的污染（吹气方向决定）。 送丝角度约45度，角度对弧焊的深度有一定的影响，相对小角度而言，大角度可获得较大的熔深。 在进行确定材料的焊接时，首先需确定激光焊接深度的参数及电弧稳定焊接的参数，特别是电弧焊接的参数，因为电弧稳定与否直接影响焊缝的外观。根据不同的工艺需求，还需确定激光与电弧熔池之间的位置关系，即d2的大小。d2确定的是激光与电弧之间相互作用的效果，如下图所示： d2约为2mm时（图C），激光与电弧相互作用的效果最为明显，即电弧对母材的加热更有利于激光的吸收，同时电弧对激光等离子云起到一定的抑制效果，可增加激光的熔深，而激光对电弧又可起到一定的引导作用，使电弧更加稳定。所以激光与电弧不是简单的叠加，而是相互作用，合适的距离可使激光与电弧的作用最为明显，从而获得最大的熔深。 3操作说明 本司采用的弧焊机为福尼斯TPS系列焊机，与自熔焊接相比，复合焊操作主要是增加了弧焊机、送丝机、复合焊接头的操作。 弧焊机的操作详见《RCU5000i操作说明》。 送丝机的操作详见《送丝机操作说明》。 复合焊接头由激光焊接头和弧焊枪组合而成，见下图：
哈尔滨工业大学 激光-电弧复合焊接技术及其应用 学 XXX 生： XXXXXX 学 号： 班XXXXXX
级： 2013年 月 日 摘要：结合国内外激光-电弧复合焊的研究现状，概括了激光-电弧复合焊的特点、激光电弧复合方式。介绍了激光-电弧复合焊接技术特点、阐述了此技术的原理、优势及其应用前景。 关键词：激光-电弧复合；焊接；应用 激光焊接以其能量密度高、焊接速度快、变形小、熔深大和易实现自动化等优点而被广泛应用于各种结构件的焊接。但是，与其他焊接热源一样，激光焊也有其缺点：设备投资大，能量利用率低，焊前的准备工作要求高，接头中易产生气孔、裂纹、咬边等缺陷。为避免单独激光焊所存在的问题，激光-电弧复合焊是最好的选择。激光-电弧复合焊将激光焊和电弧焊两种工艺相结合，取长补短发挥各自优势，不仅能获得好的焊接质量和生产效益，而且还能降低成本，实现高效、优质的焊接[1]。 0 背景及基本原理 激光电弧复合焊接始于20世纪70年代末，由英国伦敦帝国大学学 者W.M.Steen首先提出，但直到最近几年，由于工业生产的需要，才逐步成为国际焊接界的关注焦点，并得到了广泛重视。目前，作为一种新兴焊接技术，在德国、日本等发达国家已先后进入了工业化应用阶段。 激光-电弧复合焊接的原理如图1所示，激光与电弧同时作用于金属表面同一位置，焊缝上方因激光作用而产生光致等离子体云，等离子云
对入射激光的吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后，低温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释，激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热，使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高，焊接熔深增加。另外，激光熔化金属，为电弧提供自由电子，降低了电弧通道的电阻，电弧的能量利用率也提高，从而使总的能量利用率提高，熔深进一步增加[6]。激光束对电弧还有聚焦、引导作用，使焊接过程中的电弧更加稳定[2]。
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
收稿日期:2001-05-28 作者简介:王军波,男,1973年出生,硕士,在读博士生 基金项目:国家自然科学基金项目(编号:59975050),清华大学“211”、“985”经费资助. 高速CCD 摄像系统及其应用 王军波,孙振国,陈 强 (清华大学机械工程系,北京 100084) 摘 要:介绍了DA LSA 公司生产的CA —D6型高速CCD 摄像系统的基本组成、工作原理,以 及其在CO 2短路焊接过程及熔滴尺寸检测、压铸充型模拟实验过程检测、激光深熔焊等离子 体形态检测、人体运动分析等科研领域的典型应用。此类应用为“高速CCD 摄像系统原理及 应用”实验课程的教学提供了丰富的素材。 关键词:高速CCD 摄像系统;激光焊接;CO 2焊;压铸充型;人体运动分析 中图分类号:T B853.1+7文献标识码:A 文章编号:1002-4956(2001)06-0016-04 当今世界进入信息时代,以数字化、计算机、通讯、电视和多媒体为主要特征的新的信息革命正在兴起。CCD (Charge Coupled Device )作为近几年新兴的固体成像器件,具有体积小、重量轻、动态范围大、灵敏度高、可靠性好等优点,广泛应用于机器人视觉系统、安全保卫系统、智能交通系统以及Internet 接入装置等领域,为人类探索微观世界和瞬态运动过程作出和提供了丰富的视觉信息。近年来,CCD 摄像机在分辨率、拍摄速度和智能化水平等性能指标上有了质的飞跃。目前国产线阵CCD 器件的分辨率已有128、256、512和1024象素等,面阵CCD 的分辨率也有100×100、120×150和320×256象素等,拍摄速度为每秒钟几十帧。国外线阵CCD 的分辨率已达4096象素以上,面阵CCD 分辨率已达到4096×4096象素以上,而图像摄取速度则可达到每秒钟上千帧,最快的达到每秒钟1万帧(64×64象素)。 本着提高相关课程教学水平,同时服务于科研工作的宗旨,在“211工程”资助下,我系于2000年1月引进了一套高速CCD 摄像系统。许多学生在学习、了解高速CCD 摄像系统的基本组成、工作原理和操作方法后,与其从事的科研工作紧密结合,使得该系统已经在CO 2短路焊接过程及熔滴尺寸检测、压铸充型模拟实验过程检测、激光深熔焊等离子体形态检测、人体运动分析、电弧放电过程检测等众多科研工作中发挥了重要作用。而从这些研究工作中取得的成果又进一步丰富了课程教学内容,为今后的教学工作提供了大量的素材和使用经验。本文着重介绍高速CCD 摄像系统的基本组成及其在科研工作中的典型应用实例,供相关的科研和教学工作人员参考。 16中国科技论文统计源期刊 实 验 技 术 与 管 理 Vol .18 No .6 2001
激光电弧复合焊接技术 Laser-Arc H y brid Weldin g Technolo gy 北京航空制造工程研究所 朱轶峰 董春林 [摘要]介绍了一种激光电弧复合焊接技术, 阐述了此技术的原理、设备、优势及其应用前景。 关键词:激光电弧复合焊接设备应用前景 [ABSTRACT ]A Iaser-arc 1y brid weIdin g tec1-noIo gy is introduced. Its p rinci p Ie , e g ui p ment , advanta g es and a pp Iication p ros p ect are described. Ke y words :Laser-arc h y brid weldin g E g ui p ment A pp lication p ros p ect 激光作为高能束流热源吸引了越来越多工程技术人员的注意, 从去年的第七届阿亨国际焊接会议上可以看出, 激光焊接已经成为国际焊接界的关注热点。而激光电弧复合焊接作为其中的新兴技术引起了工程界、企业界的广泛重视, 在欧美和日本先后有多家汽车制造厂和造船厂斥资投入这方面的研究, 并有厂家率 先进入了工程化应用阶段 [1] 。 1原理 由于激光的能量密度很高 (可高达 107W /cm 2 ,
因此激光焊接的速度快, 焊接深度深, 热影响区小, 可以进行精密焊接。利用聚焦良好的激光束可进行金属、塑料以及陶瓷的焊接, 并已用于印刷、精密机械等行业。 采用深熔焊接技术 (即穿孔焊接 , 大功率的激光束流一次焊接金属材料厚度可达 20mm 以上, 同时具有比较高的焊接速度, 热影响区比较小。由于激光束流比较细小, 因此焊接时对拼接接头的间隙要求比较高 (<0. 10mm , 熔池的搭桥能力 (Ga p Brid g in g AbiIi-t y 比较差, 同时由于工件表面的强烈反射影响了束流能量向工件的传递, 高能激光束导致熔池金属的蒸发、汽化、电离, 形成光致等离子体, 严重影响了焊接过程的稳定性, 因此焊接过程中激光的实际能量利用率极低。以 CO 2激光器为例, 其量子效率为 38%, 电光效率为 15%~20%, 实际激光器运行的总效率 < 20% [2] , 一般认为为激光器输出功率的 3%~30%, 故能源浪费严重。 而弧焊作为一种成熟的金属连接技术已经在工业界得到广泛的应用, 但由于束流能量密度的限制, 相对 于高能束流焊接而言, 弧焊的焊接厚度与焊接速度均
高速摄像技术的发展可由摄像速度（帧频）及其综合特性来描述。 19世纪60年代初期，随着磁记录技术的发展，产生了一代运动分析系统。但它的商业化是在70年代，由于当时技术水平的局限，系统满画幅只能达到120幅／ｓ的摄像速度。 二代运动分析系统于1979年由NAC公司推出，其摄像速度为200幅／ｓ。这在技术上是一个很大的进步，因为HSV－200型高速摄像系统可记录彩色图像，并且能记录很长的时间。 1980年Koda公司推出了三代运动分析系统———SP2000系统。这种革命性的设备，以2000幅／ｓ或12000幅／ｓ（分区）的速度把黑白图像记录在宽12.7ｍｍ的高密度磁带上。虽然其摄像速度很多年都保持最高，但磁带上的图像处理起来却比较麻烦。 1986年运动分析系统获得了重大的技术进步，主要标志产品KodakEktapro1000运动分析系统，其摄像速度为1000幅／ｓ和6000幅／ｓ。虽然其速度比SP2000低，但有较多的优势：低成本，高性能的磁带传输系统，双摄像机操作，ＧＰＩＢ控制接口，磁带宽12.7ｍｍ，当记录16通道的图像信息时，传输速度为7.62ｍ／ｓ。允许两台摄像机的图像在同一屏幕上分开显示，并可设定不同的摄像频率。二者的图像隔行插入，可使500幅／ｓ摄像机提供1000幅／ｓ的速度。磁记录技术在第三代运动分析系统中得到了应用，但在基于磁带的运动分析系统中，这种技术存在着固有的记录限制。这种运动分析系统不仅记录时间有限，而且在磁带回放过程中，无法准确定位记录的位置。 因为这些记录设备是机电式的，从启动到实际记录图像，以及停机时都有一个时间延迟，在应用中局限性很大。
四代高速摄像系统是一种全新的图像记录系统，它以固体存储器作为存储介质。1990年,Kodak生产的EktaproEM高速摄像系统，把数字图像存储在动态随机存储器（ＤＲＡＭ）中，这与以往通过记录长时间图像数据来捕获事件的传统方式不同。ＤＲＡＭ技术表明在大部分的应用中，不需要太长的记录时间。ＤＲＡＭ技术采用独特图像获取方法进行图像处理，提高了图像质量，并可连续不断地对图像实时记录。经过20年的发展，ＤＲＡＭ已提高了其存储密度，降低了每幅图像存储的成本。 五代高速摄像系统在分辨率、帧频、彩色／黑白图像质量方面都得到提高。五代高速摄像系统有三种代表产品Kodak EktaproHS4540、KodakEktaproHi Spec、KodakEktapro1000HRC。HS4540记录的速度为（4500～40500）幅／ｓ。Hi Spec是一种抗冲击的运动分析系统，在恶劣环境下记录速度为1000幅／ｓ。摄像头可承受高达40ｇ的冲击。ＨＲＣ在分辨率为（512×384）像元时，可以1000幅／ｓ的速度记录彩色和黑白图像，这个系统的分辨率是以往高速摄像的４倍。 六代高速摄像系统功能齐全，并为用户提供了更好的机动性和稳定性。其中KodakEktaproRo、NAC MemeramCi、NAC MemrecamCCS、RedlakeMotionscope500、KodakEktaproMo TionCorder都是典型的六代分析系统。KodakEktaproMo图像传感器是一个性能卓越、功能齐全的摄像系统，专门为在特殊的应用环境下代替胶片摄影机而设计，其体积小，重量轻；接受移动PCMCI A硬盘或闪存，来从ＤＲＡＭ存储器中获得图像；记录的图像一直保留，直至下载到计算机中。以前的高速摄像系统一直都和图像处理器相连，而R
比较CMT与其他电弧模式的激光电弧复合焊接在焊接铜时的异同 作者：Jan Frostevarg & Alexander F. H. Kaplan & Javier Lamas 摘要：本文中，研究了三种不同模式的激光- 电弧气保焊，即标准、脉冲和冷金属过渡（CMT）模式。该脉冲模式比标准模式更受控并且对工件的热输入更小，从而可以焊接薄板。在CMT 方式利用可控送丝和表面张力促使熔滴过渡，也因此热输入量相对于其他模型更小一些，不会出现咬边，飞溅也少于其他模式。这项研究比较了复合焊接的 3种电弧弧模式，在CMT的允许限度内选择中低焊丝的沉积速率。通过扫描和高速成像研究焊缝。该研究表明，激光匙孔的出现减小了三者间的熔滴过渡的差异。匙孔的产生对融化和凝固过程的影响。以及不同电弧形式的主要优点和缺点 1引言 激光电弧复合焊接[1-4]，LAHW，图1中所示。将高功率激光与电弧复合集中于同一个熔池，一般间隔在0-8mm。相同的处理区域内，通常由0-分离，与自制激光焊相比，复合焊8毫米。相比于自主激光焊接，LAHW用焊丝填充焊缝，在电弧作用下形成焊缝外观。针对熔化极气保焊我们可以提出很多不同的技术。在他们之中的通用标准（也被称为“自然”）电弧模式与各种熔滴过渡模式（如喷雾，短路或球形）取决于电流和送丝速率。LAHW是最常见的是GMA脉冲弧焊模式，保持一脉一滴的形式向熔池进行熔滴过渡[5，6]。 最近，另一个更可控，短弧模式技术已经得到开发利用，通过控制送丝过程和表面张力进行熔滴过渡。焊丝被送进和回抽的方式去替代恒速送丝。这技术被称为冷金属过渡，CMT[7]。这个过程的优点在于，降低丝沉积的成本，熔滴传递而不是飞入熔池，因此只需要融化焊丝的电功率即可。在传统的弧焊中，对CMT 模式是用来焊接薄板，它也常常能有更高的焊接速度以较少的热输入和更好的整体焊接质量（更少的飞溅和咬边）与其他电弧模式相比。最近，CMT已用于LAHW 去焊接单程2毫米厚的铝板[8]，1毫米的钢板和多道焊15毫米钢[9，10]。 焊接质量和抗疲劳性能主要由表面成型决定[11，12]，这导致由电弧，熔滴过渡和激光匙孔所造成的电动复杂流体流动，由于电弧模式，焊接设备和参数选择，焊接过程可能会变得不稳定，从而导致不平整的表面[14，15]。对LAHW基本的理解仍处于初期阶段;但是从X射线成像，我们发现在焊接的方向上熔池被拉长了。高速成像（HSI）可以研究钢和铝的熔滴过渡和匙孔情况。根据缺口宽度，对不同的焊接情况进行了分类，自动对焦影响熔滴飞行，传热和传质[18，19]。我们可以估计出电弧力[19]，但它随着焊缝的设置和电弧模式而变化。
激光- 电弧复合焊接的发展 盛明小野*，由纪夫新保**，昭英吉武***和正德大村**** 激光- 电弧复合焊接结合了激光和电弧焊接工艺的优点，以提供在存在较大差距而且没有什么优点的激光焊接塔接钢板。当塔接焊时，性能的差距是蒸发的锌在钢板内形成气孔。 激光- 电弧复合焊接工艺能很好的解决这个问题而且在搭接焊钢板内消除气孔。激光—电弧复合焊的焊接速度几乎等同于激光焊接的速度，激光—电弧复合焊生产高品质的搭接处，是理想的汽车零部件组装焊接工艺。 介绍 今年来激光焊接也开始用于组装焊接汽车车身及零部件，虽然它未被广泛使用。在激光搭接焊中，搭接的搭接表必须要有严格的控制，如果这两者间隙过宽，则会发生烧穿，并且两焊材不能够被焊接在一起，处于这个原因，在激光焊接中两焊材通常被限制在0.1mm一下为适宜。 但是镀锌板的激光搭接焊却带来别的问题，在镀锌板激光搭接焊中没有任何间隙，所以锌会被蒸发掉，在这个过程中往往会吹掉焊缝金属或者，锌蒸气容易残留在焊缝金属中，并形成气孔。 激光—电弧复合焊的开发就是为了解决这个问题，这种方法结合了YAG激光焊接和YAG电弧焊，并且允许在激光焊接中两片材之间存在间隙，焊接中产生较少的气孔，甚至在镀锌板的搭接焊中。因此，在搭接焊缝中严格控制间此外， 激光速度可以等同于焊接速度，所以，激光焊接的高效率完全可以被利用。 1.激光电弧焊的配置 YAG laser beam：YAG 激光束Welding direction：焊接方向 Steel sheet：钢板板材arc:电弧Melted metal：熔融态金属 Keyhole：孔洞Fig.1 Configuration of laser beam and arc-welding electrode in laser-arc h ybrid welding：图一表示激光和电弧在激光电弧复合焊接中的装配图
激光—MAG电弧复合焊接工艺研究 【摘要】本文结合轨道车辆承载部件的结构中的典型接头型式，研究激光-MAG电弧复合焊接工艺应用于轨道车辆承载部件的可行性。通过对比激光-MAG电弧复合焊接和MAG焊接工艺参数、对焊缝成型、焊接接头质量和焊接接头机械性能，为激光-MAG电弧复合焊接工艺在轨道车辆承载部件应用提供试验数据和研究基础。 【关键词】激光-MAG电弧复合焊；焊接工艺；对比试验研究 0.引言 随着激光焊接工艺应用范围推广，激光-MAG电弧复合焊接工艺成为一种新兴的焊接工艺备受青睐，应用日益广泛，如造船业、管道运输和车辆制造等领域。 轨道车辆的承载部件主要包括走形部转向架构架和车体钢结构的牵枕缓，主要采用中厚低合金钢板（板厚为8～16mm）通过冷加工压型（或滚压成型）的零件，相互拼焊组装而成。通常焊接工艺为自动或半自动MAG焊接。 通过激光-MAG电弧复合焊和MAG焊接工艺对比试验验证及性能试验，为激光-MAG电弧复合焊接工艺在轨道车辆承载部件应用提供试验数据和研究基础。 1.激光—MAG电弧复合焊原理及特点 1.1激光-MAG电弧复合焊接原理 激光-MAG电弧复合焊接是将激光焊接和电弧焊接有机结合起来的一种高效优质焊接新工艺。它将激光和电弧这两种热源物质的物理性能、能量传输机制截然不同的复合在一起，共同作用于被焊接件的表面，通过两种热源物质的相互作用及复合热源与工件的作用完成焊接过程。 采用激光+电弧的复合方式可以充分发挥两种热源的优势，在同等条件下，激光-MAG电弧复合焊接比单一的激光焊或电弧焊具有更强的焊接工艺适应性和更好的焊缝成型质量。 1.2激光-MAG电弧复合焊接的特点 （1）焊缝熔深增大。熔化的熔池金属可以提高对激光光源的吸收率，而激光束在熔池中产生小孔，保证在高速焊接条件下获得理想的焊缝熔深，并保证焊接过程中的稳定和获得规则焊缝成型。 （2）焊缝质量改善，焊接缺陷减少。激光束可以使焊缝加热变短，不易产
在极短的时间内，使像面得到满足传感器要求的目标曝光或目标和背景感光反差比是高速动目标摄像的突出特征和成功的关键。所以，摄像速度高到一定程度，配置照明光源是必不可少的，更甚者照明系统同时起快门的作用，例如序列脉冲闪光摄影。否则，只有设法使拍摄物自发光。 合适的像面曝光或目标和背景感光反差比是保证得到高质量图像所需的光 能量。它既直接和记录介质的特性、曝光时间、入射到靶面上的照度有关，又和目标的亮度、摄影镜头的透过率，相对孔径等有关。还与被摄对象的表面光吸收、反射特征及照度角分布有关。 光源是指能够产生光辐射的辐射源，一般分为天然光源和人工光源。天然光源是自然界中存在的辐射源，如太阳、天空、恒星等，它属于连续照明光源。人工光源是人为将各种形式的能量（热能、电能、化学能）转化成光辐射能的器件，其中利用电能产生光辐射的器件称为电光源。实际使用的人工光源有两种，即连续照明光源和序列高能量脉冲光源。序列脉冲光源必须同摄像系统的画幅同步。 于是，照明方案的制定，应结合具体试验及像机性能的实际情况，紧抓住像面所需照度和待测物体表面特征而展开，直至追踪选择到合适的照明光源和方法。
1.间歇式照明光源 间歇式照明光源主要包括以下几种。 （１）一次性闪光灯（Expendable flash bulbs） 一次性闪光灯在高速摄像系统应用的比较普遍，具有曝光时间适中、能量高、体积小，价位低等特点。精确的闪光时间对事件和摄影机都是重要的，它广泛地应用在野外的弹道摄影中。多个闪光管控制系统可使多个灯管同时闪光，或顺序闪光，如果有足够的灯管，则闪光的时间可持续几秒长的时间。 （２）电子闪光灯 电子闪光灯的闪光时间可小到毫秒级，可作为摄像系统的快门，具有体积小、可携带等特点。由于其闪光的发射角大，发光面积大，不适合于阴影摄影和纹形摄影。
机械激光―电弧复合焊接的技术特点及作用 近年来，随着激光设备和电弧设备性能的提高，机械激光-电弧复合焊接技术也成为了研究的重点，因而需要深入了解激光-电弧复合焊接技术的发展背景，总结技术特点延伸实际应用，让激光-电弧复合焊接技术在实际需求中发挥重要作用。 一、机械激光-电弧复合焊接技术的发展背景 机械激光-电弧复合焊接技术是为了满足特定材料的加工焊接要求，综合利用机械激光焊接和电弧焊接的优势，将其物理性能和能量传输性能以恰当的方式融合到一起，形成的一种科学先进的技术手段。将电弧焊接和激光焊接技术取长补短的结合起来形成的激光-电弧复合焊接技术具有经济、高效的特点，解决了许多材料的加工要求，实现了优质的焊接。 电弧焊接是应用最早且在材料技术上运用较普遍的焊接的技术，将电能转换为热能完成金属之间的连接，分为非熔化极电弧焊接和熔化极电弧焊接，但是由于电弧能力分布密度特性，导致焊接速度较慢，焊接的深度和熔度较浅，造成材料容易焊接变形，并且生产效率较低。激光焊接可以利用高达107W/cm2的能量密度形成小孔和等离子体时的热加工，激光焊接速度比较快，材料变形较少，通过较少的热输入量形成深度比大的良好焊接效果，从而实现精密焊接。但是也存在着一定的缺点，即焊接接头的间隙要求较高、焊接过程的稳定性和激光能量的利用率较差、焊接厚度较高的材料成本过高。 为顺应时代发展，综合焊接需求，针对电弧焊接和激光焊接的优劣，在20世纪70年代末，英国伦敦帝国大学对复合焊接工艺进行了研究，提出了电弧与激光焊接结合的工艺概念，随后英国学者和美国等科学研究者利用了激光配合一定量的辅助电弧，形成了现如今激光-电弧复合焊接的技术工艺，解决了焊接熔深浅问题和生产成本过高的问题，有效的提升了能量的利用率，提高了焊接的生产效率。 二、激光-电弧复合焊接的原理 激光―电弧复合焊接技术在工作时，激光及电弧同时作用在金属表面的一点上。在激光的作用下，焊缝的上方会产生一定的等离子体云，这种等离子体云会吸收及散射进行射入过程中的激光，从而降低了激光能量的功能。在原有基础上加上电弧后，能够产生一定量的低温低密度的电弧等离子，从而起到稀释激光等离子体的作用，进一步提升了激光能量的传输效率。外加电弧还可以在进行焊接的同时实现对母材进行加热，母材温度的升高能够提升对激光的吸收效率，从而增加焊接熔深。而且激光作用能够降低电弧通道的电阻，也能够加深该项技术的熔深。 三、机械激光-电弧复合焊接技术的特点 （一）提高了焊接过程的稳定性 激光焊接时，等离子体形成较多的带电粒子，带电粒子会主动吸收电弧，压缩电弧的根部使电弧稳定燃烧，既增加了焊接的稳定性，使得电弧不随意飘逸同时提升了电弧的能量利用率。
目前国内已有自产的高速摄像机，但是由于高速摄像机起步较晚，总体上来说目前高速摄像机技术和经验的积累都不够，摄像机的性能和品质依然远落后于进口摄像设备。而进口高速摄像机品牌中，要数日本和美国的品牌比较优质。其中作为世界上第一家做高速摄像机的日本nac公司，其生产的高速摄像机种类繁多，性能顶尖，获得了全球各个国家的高度认可。 高速摄像机 通常来说，决定高速摄像机性能主要的参数有： 1.分辨率 2.帧率 3.感光度 4.曝光时间 5.像元尺寸 6.图像深度。 而像nac品牌这种顶尖的高速摄像机不仅在这些主要参数上十分优秀，还拥有独特的PIV模式以及适合多个种类实验的触发方式。 高速摄像机技术具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等突出优点。高速运动目标受到自然光或人工辅助照明灯光的照射产生反射光，或者运动目标本身发光,这些光的一部分透过高速成像系统的成像物镜。经物镜
成像后，落在光电成像器件的像感面上，受驱动电路控制的光电器件，会对像感面上的目标像快速响应，即根据像感面上目标像光能量的分布，在各采样点即像素点产生响应大小的电荷包，完成图像的光电转换。带有图像信息的各个电荷包被迅速转移到读出寄存器中。读出信号经信号处理后传输至电脑中，由电脑对图像进行读出显示和判读，并将结果输出。因此，一套完整的高速成像系统由光学成像、光电成像、信号传输、控制、图像存储与处理等几部分组成。 高速摄像机主要应用于科研，军事测试以及工业生产评估等领域。例如汽车碰撞测试，焊接过程中的电弧的产生，电池爆炸过程中的有机液体飞溅，像这一类速度非常快的现象必须借助高速摄像机才能清晰的捕捉到。高速摄像机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，当以常规速度放映时，所记录目标的变化过程就清晰、缓慢地呈现在我们眼前。 高速摄像机在航空航天领域应用主要表现在：弹道追踪、导弹发射、燃烧测试、材料测试、PIV测试等。高速摄像机是凭借着它高频率的拍摄速度以捕捉那些普通相机无法捕捉到的高速物体的移动轨迹，准确的跟踪对象运动，测量其大小、距离及变化和速度，然后再以人眼所能看到的画面频率进行播放。 高速摄像机在科学研究领域主要表现在：材料测试、燃烧、生物力学、裂纹扩展、流体动力学、振动、喷雾和喷雾等分析。为了满足高校实验室、研究所及科研的实验分析，需要用到超高分辨率高速摄像机的记录，能将高速运动现象的发生、发展和运动规律等清晰成像。 高速摄像机在汽车测试领域主要表现在：车辆碰撞试验、气囊点爆试验、汽车零部件冲击试验、燃烧测试试验、车辆性能测试、发动机和车轮动态测试等。
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
激光复合焊接技术综述 XXX（西南科技大学国防科技学院，四川绵阳 621010） 摘要：激光技术在制造业中的应用是目前各国的研究重点,随着工业发展对高效、环保、自动化的需要, 激光技术的应用迅速普及制造业的许多领域。在此基础上,激光焊接工艺将成为激光应用的重要方面之一。本文概述了激光焊接的发展现状,简单介绍了采用激光技术进行焊接的基本原理及其优缺点。详细描述了激光器的研发、等离子体控制、焊接过程的自动化检测和各种先进激光焊接技术。通过介绍激光焊接在具体领域(如汽车业、造船业等)的应用,充分说明激光技术在焊接制造中的优越性,并对激光焊接的发展前景做了具体的展望。 关键词：激光焊接; 复合焊接；研究现状; 展望 Review on Laser Hybrid Welding Technology XXX (Southwest University of Science and Technology, Mian Yang China,621010) Abstract：The application of laser technology in the manufacturing industry is currently research focus of all countries, with the development of industry and the need of high efficiency, environmental protection and automation, the application of laser technology rapid popularization the many areas of manufacturing. On this basis, laser welding process will become one of the important aspects of laser application. In this paper, the development of laser welding is summarized, and the basic principle and advantages and disadvantages of laser welding are introduced briefly. The research and development of laser, plasma control, automatic detection of welding process and advanced laser welding technology are described in detail. Through the introduction of laser welding in specific areas (applications such as automobile industry, ship building industry, etc.), a full description of laser technology in welding manufacturing advantages and Prospect of laser welding do specific outlook. Key words：laser welding；hybrid welding；research status; outlook 前言: 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。
但是由于国内高速摄像机起步较晚，总体上来说目前高速摄像机技术和经验的积累都不够，摄像机的性能和品质依然远落后于进口摄像设备。而进口高速摄像机品牌中，要数日本和美国的品牌比较优质。日本nac公司，其生产的高速摄像机种类繁多，性能佳，获得了全球各个国家的高度认可。 高速摄像机技术具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等突出优点。高速运动目标受到自然光或人工辅助照明灯光的照射产生反射光，或者运动目标本身发光,这些光的一部分透过高速成像系统的成像物镜。经物镜成像后，落在光电成像器件的像感面上，受驱动电路控制的光电器件，会对像感面上的目标像快速响应，即根据像感面上目标像光能量的分布，在各采样点即像素点产生响应大小的电荷包，完成图像的光电转换。带有图像信息的各个电荷包被迅速转移到读出寄存器中。读出信号经信号处理后传输至电脑中，由电脑对图像进行读出显示和判读，并将结果输出。因此，一套完整的高速成像系统由光学成像、光电成像、信号传输、控制、图像存储与处理等几部分组成。 高速摄像机主要应用于科研，军事测试以及工业生产评估等领域。例如汽车碰撞测试，焊接过程中的电弧的产生，电池爆炸过程中的有机液体飞溅，像这一类速度非常快的现象必须借助高速摄像机才能清晰的捕捉到。高速摄像机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，当以常规速度放映时，所记录目标的变化过程就清晰、缓慢地呈现在我们眼前。 图例：实验室使用nac品牌高速摄像机对激光诱导等离子体瞬间的变化进行捕捉。
上图实验所使用的设备为nac品牌中的ASC型号高速摄像机，该型号为nac 新出产品，也是目前世界上首个能达到每秒400亿像素的高速摄像机，基本参数如下： 传感器独特的CMOS全局快门 芯片大小为28.16mm× 19.71mm 像元尺寸20um 最大分辨率1280×896 最大拍摄速率22万fps 感光度ISO（REI）50000
激光焊接技术在汽车制造中的应用 1、引言 激光焊接从上世纪60 年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零件 或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40 年的发展。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、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。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，使得激光焊接在我国的 工业应用还相当有限，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 于大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多成功应用已 经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也为许多大功率激光器制造 商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的经济效益前景。这也是激光焊接能够吸 引国内外越来越多的科技人员从事研究和技术开发的原因。本文综述了近年来国内 外激光焊接技术领域研究和应用的一些进展，并介绍了激光焊接在汽车零件和车身 制造领域的典型应用。 2、激光焊接技术的进展 2.1 激光器技术 在汽车制造和其它工业生产中广泛应用的大功率激光器主要包括两类，CO2激光器和Nd:YAG 激光器，而大功率半导体激光器在焊接领域的研究还处于起步 阶段。 (1 CO2激光器 用于大熔深激光焊接的CO2激光器一般以连续方式工作，主要包括快轴流和Slab 型两种类型。同快轴流激光器相比，Slab型激光器具有结构紧凑、气体消耗