激光焊接技术在汽车制造中的应用
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激光焊接技术应用及其发展趋势激光焊接技术是一种高能密度热源焊接技术,具有焊接速度快、熔深大、变形小、焊接质量高等优点,因此在工业生产中得到了广泛的应用。
以下是激光焊接技术的应用及其发展趋势。
激光焊接技术在汽车制造行业得到了广泛的应用。
激光焊接可以用于汽车零部件的生产,如车门、车身与车顶的焊接,能够有效提高焊接质量和尺寸精度。
激光焊接还可以用于整车的焊接,提高整车的强度和安全性能。
激光焊接技术在航空航天行业也得到了广泛的应用。
激光焊接可以用于航空航天设备的生产,如发动机零部件的焊接、涡轮叶片的焊接等,能够提高零部件的强度、耐腐蚀性和耐高温性。
激光焊接技术还可以应用于电子元器件的生产。
激光焊接可以替代传统的焊接方法,如电阻焊接、电弧焊接等,从而提高焊接质量和生产效率。
激光焊接还可以实现多层电子元器件的焊接,提高电子元器件的可靠性和稳定性。
随着科技的不断发展,激光焊接技术也在不断推动着创新。
未来激光焊接技术的发展趋势有以下几个方面:激光焊接技术将越来越广泛地应用于高新技术领域。
随着人工智能、新能源、新材料等领域的快速发展,对于焊接技术的要求也越来越高,激光焊接技术具有其独特的优势,将在这些领域得到更多应用。
激光焊接技术将更加智能化。
随着机器学习和自动化技术的发展,激光焊接设备将具备更高的智能化水平,能够实现自动调节焊接参数、自动检测焊接质量等功能,提高焊接效率和质量。
激光焊接技术将更加绿色环保。
传统的焊接方法通常会产生大量的烟尘和废气,对环境造成污染,而激光焊接技术采用非接触加工方式,只需要少量的气体辅助,减少了废气的排放,更加环保。
激光焊接技术将向着微小化方向发展。
随着微电子技术的不断发展,对于微观零部件的生产提出了更高的要求,激光焊接技术可以实现微观尺寸的焊接,满足微电子领域的需求。
激光焊接技术具有广泛的应用前景,并且在不断推动着科技创新,未来的发展趋势将更加广泛、智能化、环保和微小化。
激光焊接技术应用及其发展趋势激光焊接技术是一种高能量密度的热源焊接技术,具有焊缝深、狭、小热影响区和可控性好的特点,因此在许多领域有广泛的应用。
以下是激光焊接技术的应用及其发展趋势的详细介绍。
激光焊接技术的应用:1. 汽车制造业:激光焊接技术可以高效、精确地焊接汽车车身、零部件和发动机等,提高汽车的结构强度和疲劳寿命。
2. 电子产品制造业:激光焊接技术可以用于焊接电子元器件、电子芯片和导电线路等,提高电子产品的性能和可靠性。
3. 航空航天工业:激光焊接技术可以用于焊接飞机组件、发动机零部件和航天器结构等,提高航空航天器的安全性和性能。
4. 医疗器械制造业:激光焊接技术可以用于焊接人工关节、牙齿种植体和器官植入物等,提高医疗器械的适应性和耐用性。
5. 冶金工业:激光焊接技术可以用于焊接金属材料、合金和复合材料等,提高冶金工业的生产效率和产品质量。
6. 其他应用领域:激光焊接技术还可以用于焊接微观材料、精密仪器、钟表和珠宝等。
激光焊接技术的发展趋势:1. 高功率激光器的发展:随着激光器技术的不断进步,高功率激光器的应用范围越来越广泛。
高功率激光器可以提供更高的焊接速度和能量密度,进一步提高激光焊接的效率和质量。
2. 自适应控制系统的应用:激光焊接过程中受到气流、温度和材料变形等因素的影响,容易导致焊缝质量不稳定。
为了解决这个问题,自适应控制系统可以实时监测焊接过程中的参数变化,并调整激光焊接的参数,保证焊缝质量的稳定性。
3. 混合焊接技术的发展:激光焊接技术可以与其他焊接技术(例如电弧焊、等离子焊和摩擦焊等)结合使用,形成混合焊接技术。
混合焊接技术可以充分利用各种焊接技术的优点,提高焊接效率和质量。
4. 激光焊接机器人的应用:随着机器人技术的不断进步,激光焊接机器人的应用越来越广泛。
激光焊接机器人可以实现自动化焊接,减少人力成本和提高生产效率。
激光焊接技术具有广泛的应用领域和良好的发展前景。
随着激光器技术、自适应控制系统、混合焊接技术和机器人技术的不断进步,激光焊接技术的应用范围将会更加广泛,焊接质量将会更加稳定和高效。
激光深熔焊的应用场景
激光深熔焊是一种高热输入焊接方法,适用于许多复杂的焊接应用场景。
以下是激光深熔焊的一些常见应用场景:
1.汽车制造:激光深熔焊可用于汽车车身的连结焊接,如车门
与车身的连接、车顶与车身的连接等。
它提供了高强度的连接,同时可以减少热影响区和变形。
2.电子设备制造:激光深熔焊在电子设备制造中也有广泛应用,例如印刷电路板(PCB)的焊接。
它可以实现高精度的焊接,同时避免对敏感电子元件的损伤。
3.航空航天:激光深熔焊可用于航空航天行业的焊接应用,如
飞机发动机部件、涡轮叶片等高温和高强度要求的焊接工艺。
它提供了高强度的连接和较小的热影响区,从而提高了零件的可靠性和寿命。
4.医疗器械制造:激光深熔焊在医疗器械制造中也有重要应用,如医疗器械的接头和连接部分的焊接。
它可以实现细小焊接区域和高精度的焊接,保持器械的外观和功能完整。
5.金属加工:激光深熔焊还可用于金属加工行业中的焊接应用,如不锈钢管、铜管等工业管道的焊接。
它可以实现高效、高质量的焊接,同时减少人工干预和后续处理工艺。
总之,激光深熔焊在许多行业中都有广泛的应用,它提供了高
精度、高强度和低热影响区的焊接解决方案,可以应对各种复杂的焊接需求。
众所周知,在制造业中,激光焊接技术因其具有密度高、加热范围小、残余应力和变形小等特点,在工业发达国家已广泛应用于汽车工业,并取得了显著的经济效益。
一般来说,激光焊接技术应用主要有以下:1、图1所示,有50%~70%的零部件采用激光加工完成。
目前,整车企业常用的激光焊接主要分为两种方式:一种为填充焊,即通常所说的钎焊,需要填加比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,钎料熔化,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与固相母材相互扩散实现连接焊件的方法。
2、图2所示,主要应用于汽车顶盖的焊接;另一种为自熔焊,即不需要焊条或填充材料便可得到成分与母材相同的焊缝,激光直接作用在工件表面上进行焊接。
图1 激光焊接在车顶及其它结构中的应用图2 激光钎焊在汽车车身焊接中的应用3、激光钎焊与普通钎焊焊接工艺类似,区别在与激光钎焊是利用激光将钎料熔化。
不同于熔焊,钎焊属于固相连接。
当连接的零件和钎料加热到钎料熔化,利用液态钎料在母材表面润湿、铺展与母材相互溶解和扩散,以及在母材间隙中润湿、毛细流动、填缝与母材相互溶解和扩散而实现零件间的连接。
激光钎焊主要用在汽车侧围和顶盖的拼接上,如图3所示,能有效地简化连接处的结构设计,减少工位流程,同时密封性较好;自熔焊多用于车门及下部的一些钣金件的连接上,基本形式为搭接连接。
图3车体顶盖的激光钎焊成形4、激光钎焊和激光自熔焊原理上的区别就是母材是否熔化,钎焊的接头连接强度一般低于熔化焊,但焊缝成形美观,密封性好,适用于高端乘用车制造中。
为进一步降低制造成本,可采用激光自熔焊接代替激光钎焊,用于车身不等厚板的拼接和车体焊接,例如顶盖和侧围等车身框架结构的焊接。
然而考虑到实际生产的压装和折弯技术条件,装配间隙往往很难满足激光自熔焊接的间隙要求。
为打破这一横亘在生产成本和生产质量之间的技术矛盾,将激光填丝焊接技术应用于薄板搭接焊接中。
在激光自熔焊接的基础上加入送丝功能,用多余的焊丝来补偿较大板间隙带来的焊缝缺失,从而保证较低生产成本的同时达到更高的生产质量。
激光加工技术在制造业中的应用激光加工技术是一种高精度、高效率的制造技术,其具有长寿命、高可靠性、高自动化等优点。
自从1960 年激光技术发明以来,它已经被广泛应用于制造业中,如航空航天、汽车、电子、医疗、电信等领域,其中激光加工技术的应用呈现出多样、多层次的趋势。
一、激光在汽车制造中的应用车身焊接是汽车制造过程中的关键技术之一,而激光焊技术则是目前最为流行和有效的焊接方法之一。
激光焊接技术具有焊接线条精度高、能耗低、焊接质量稳定等优点,广泛应用于汽车车身焊接中。
激光焊接技术使得汽车制造过程中的车身结构得到了优化,大幅提高了汽车的安全性能和稳定性能,减少了车身质量问题中的焊接问题。
二、激光在航空航天制造中的应用航空航天制造中需要精度高、质量好的零部件,而激光制造技术可以实现零部件的精度、质量、效率的提高。
激光制造技术可以通过增加气体流量、粒子流量和功率密度等方式来控制材料加工和微观结构,实现对零部件加工过程的精细控制。
激光制造技术在航空航天制造中的应用范围也非常广泛,包括制造发动机、航空制动器、机翼等各种零部件。
三、激光在电子制造中的应用电子制造需要精密零部件的加工,又需要保证生产效率的提高,而激光制造技术具有加工精度高、效率高、节能环保等优点,已经成为电子制造中最常用的加工技术之一。
例如,激光加工技术已被广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品的零部件制造中,例如手机薄型化需要精度和效率的双重平衡,而激光技术能够满足这种要求。
以上是激光加工技术在制造业中的几个应用领域。
当然,激光技术在制造业中应用的领域远不止这些,也一直在不断发展和拓展。
激光加工技术不仅可以提高加工效率和减少制造成本,对于提高制造品质和减少对人体影响的污染也有很大的作用。
随着毫秒激光和纳秒激光等新技术的出现,未来激光加工技术在制造业中的应用将会更加广泛和深入。
激光焊接技术在汽车顶盖的应用激光焊接技术是一种高效、精密的焊接方法,逐渐在汽车制造领域得到了广泛的应用。
在汽车制造过程中,顶盖是车身结构中一个重要的部分,激光焊接技术在汽车顶盖的生产中发挥着重要作用。
本文将对激光焊接技术在汽车顶盖的应用进行介绍和分析。
让我们来了解一下激光焊接技术的基本原理。
激光焊接是利用激光束的高能量来熔化金属,从而实现焊接的方法。
激光束的能量很容易被集中到一个小的区域,因此可以实现高精度的焊接。
在汽车制造中,特别是在顶盖的生产过程中,激光焊接技术可以大大提高生产效率和焊接质量。
激光焊接技术在汽车顶盖的应用主要可以分为以下几个方面:1. 材料选择:汽车顶盖通常由金属材料制成,例如铝合金、镁合金等。
激光焊接技术对于这些金属材料都有很好的适应性,可以实现高质量的焊接。
2. 焊接工艺:激光焊接技术可以实现高速焊接,从而提高生产效率。
由于激光焊接的高能量聚焦特性,可以实现焊接接头的精确控制,从而提高焊接质量。
3. 自动化生产:激光焊接技术可以与自动化生产线结合,实现全自动的汽车顶盖生产。
这不仅降低了人工成本,还提高了生产效率和一致性。
4. 节能环保:激光焊接技术不需要额外的焊接材料,可以减少焊接过程中的污染物排放,符合节能环保的要求。
激光焊接技术在汽车顶盖的应用可以大大提高汽车制造的生产效率和产品质量,同时还能降低生产成本和能源消耗,是一种非常理想的焊接方法。
激光焊接技术还具有以下优势:1. 高焊接质量:激光焊接可以实现高质量的焊接,焊缝成型好,焊接强度高。
2. 适应性广:激光焊接技术可以适应各种金属材料的焊接,包括铝合金、不锈钢、镁合金等。
3. 熔深小:激光焊接过程中热影响区小,熔深小,对工件变形影响小。
4. 自动化程度高:激光焊接可以与机器人等自动化设备结合,实现全自动化生产。
5. 环保节能:激光焊接不产生废气、废液,能源利用率高,符合节能环保要求。
基于以上优势,激光焊接技术在汽车顶盖的应用前景广阔。
激光焊接技术在白车身中的应用【摘要】激光焊接技术在白车身制造中起着重要作用。
本文首先介绍了激光焊接技术的基本原理和在汽车制造中的发展历程。
接着探讨了激光焊接技术在白车身焊接中的优势,包括高精度、高效率和节能环保等优点。
然后分析了激光焊接技术在车身局部焊接和整体焊接中的具体应用。
展望了激光焊接技术在白车身制造中的前景,并归纳了其带来的效益和发展趋势。
通过本文的阐述,读者可以全面了解激光焊接技术在白车身制造中的重要性和应用前景,为相关领域的研究和实践提供了有益的参考。
【关键词】激光焊接技术、白车身、汽车制造、发展、优势、局部焊接、整体焊接、前景、效益、发展趋势1. 引言1.1 激光焊接技术在白车身中的应用激光焊接技术在白车身中的应用是汽车制造领域中的重要技术之一。
随着汽车工业的发展,车身焊接工艺也在不断进步,激光焊接技术的应用正逐渐成为主流趋势。
激光焊接技术利用激光束对焊缝进行高能量密度的瞬时加热,使金属材料迅速熔化并形成焊缝。
这种高精度、高效率的焊接技术,可以实现对车身零部件的精确焊接,保证焊缝质量和强度,同时避免对车身结构造成不必要的热变形和影响。
在白车身焊接中,激光焊接技术具有诸多优势,包括焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等特点。
这使得激光焊接技术在汽车制造中得到广泛应用,能够满足对车身结构强度、外观和质量要求。
激光焊接技术在白车身制造中具有重要的应用前景,其应用可带来更高的生产效益和产品质量,未来将继续发展壮大,为汽车工业的发展贡献更多力量。
2. 正文2.1 激光焊接技术的基本原理激光焊接技术的基本原理是利用高能量密度的激光束对工件进行加热,通过熔化和冷却形成焊接接头。
激光束在焊接区域集中能量,使其局部瞬间高温,达到熔化金属的目的。
激光焊接技术的基本过程包括光束生成、聚焦、照射、传递、熔化、冷却等步骤。
激光焊接技术的核心设备是激光器,主要包括气体激光器、固体激光器和半导体激光器。
通过激光器发出的高能激光束,通过透镜聚焦到焊接区域,实现对工件的加热和熔化。
激光焊接技术在汽车制造领域中的应用摘要:随着经济水平的发展,汽车制造已经成为世界范围内一项重要工业。
汽车制造的技术也在随着工业技术的进步不断演进和完善,特别是近几十年来,激光技术在各个领域被广泛的运用。
在汽车制造的行业里,激光技术主要表现为激光焊接技术,这种焊接技术的出现对汽车制造工业带来了深远积极的影响。
关键词:激光焊接汽车制造应用1 激光焊接技术对汽车制造领域的积极意义激光焊接技术在汽车制造领域中的应用,既受到激光焊接技术本身的优越性影响,同时也是受到汽车制造行业的整体发展和市场需要的改变所影响。
激光焊接技术对汽车制造领域带来的积极意义主要表现在一下几个方面。
1.1 满足了消费者对汽车的造型感与功能性并重的要求汽车制造并不是一个新鲜的行业,它的存在已经有几百年的历史,但是在过去相当长的一个时期内,汽车制造的重点在汽车的功能性和实用性上。
随着家用轿车的不断增加,汽车制造行业越来越重视对家用轿车市场的份额占领。
家用轿车的一个特性就是除了传统的汽车功能以外,外形上的美感成为消费者选择购买对象的重要参考因素,激光焊接技术运用到汽车制造行业里,能够帮助汽车制造商更好的解决这个问题。
1.2 为汽车制造行业的竞争提供了有力的竞争手段市场竞争已经是市场经济环境下任何一个行业都避免不了的问题。
对于汽车制造行业而言,激光焊接技术的出现,能够帮助他们利用更先进的焊接技术对汽车进行焊接,既保证优秀的焊接质量,同时这种新型的焊接技术不会在重量上对汽车带来负面的影响,轻便、耐腐、耐磨,这种先进的技术会给汽车制造注入新的活力与动力。
1.3 符合汽车制造规模化的发展趋势规模化已经成为汽车制造行业的重要趋势,规模化的一个重要目的就是优化效率。
在汽车制造的整个流程中,焊接工作是一个重要的衔接环节,这个环节的所用时间和所耗劳动力对整个汽车制造流程的效率产生重要的影响。
采用激光焊接技术,能够大大提高在焊接环节的工作效率,符合汽车制造优化效率,规模化发展的前景和趋势。
本文介绍了几种典型的激光焊接技术如激光钎焊,激光复合焊和激光熔焊的特点,并重点分析了激光填丝熔焊技术在江淮汽车星锐车型中的应用.本文介绍了几种典型的激光焊接技术如激光钎焊、激光复合焊和激光熔焊的特点,并重点分析了激光填丝熔焊技术在江淮汽车星锐车型中的应用。
为满足安全、环保和节能等指标要求,实现焊接产品制造的自动化、柔性化与智能化,各知名汽车公司在车身制造中大量应用激光焊接技术,以保证产品质量和技术先进性,以求在日益激烈的竞争中立于不败之地。
江淮汽车星锐车型采用的激光填丝熔焊技术开创了国内自主品牌激光技术应用的先河,本文对此进行了详细介绍。
典型激光焊接技术激光焊接主要用于车身框架结构的焊接,如顶盖与侧围的连接,以及汽车地板与纵、横梁的连接。
激光钎焊、激光复合焊和激光熔焊是白车身制造领域几种常用的激光焊接技术。
1.激光钎焊技术激光钎焊利用熔点比母材低的材料作填充金属(称为钎料),经加热熔化后,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散,实现连接,多用于轿车顶盖及行李箱等处的焊接。
激光钎焊工艺应用于焊接,不仅能使产品更加美观,还提高了密封性、提升了整车的安全性能。
顶盖激光钎焊的定位工装(见图1)采用的是琴键式车身压紧工装结构,包括夹具基架及基架两侧连接的压头,其压头包含多个可调小压头,在基架的侧面间隔排列成琴键式压紧机构,可调整每个可调小压头的压力。
每个压头的形面与车身顶盖的形面匹配,保证每个压块都能很好地与车身顶盖贴合,以保证激光送丝焊接时,车身顶盖和侧围焊接处缝隙均小于0.3mm,可以更好地保证焊接质量及焊接外观。
图1 顶盖激光钎焊工装2.激光复合焊接技术激光复合焊接主要指激光与TIG或MIG电弧复合焊接。
在这种工艺中,激光和电弧相互作用、取长补短。
激光复合焊的优点是焊缝熔深大、焊接速度快、热输入低且焊缝强度高。
整个系统的生产过程稳定性好,设备可用性好,焊缝准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小,焊接生产工时短、费用低且生产效率高。
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、气体消耗量少、维护成本低的特点。
目前世界上CO2激光器最大输出功率为45kW,工业生产中应用的激光器输出功率范围约在700W至12kW之间。
我国目前可以自主生产的快轴流激光器最大输出功率为3kW。
(2) Nd:YAG 激光器Nd:YAG激光可以通过光纤传输,在柔性制造系统或远程加工场合更具有适应性。
目前国外Nd:YAG激光器的最大输出功率达10kW,而包括汽车在内的工业生产中应用较多的则是3kW和4kW的Nd:YAG 激光器。
最近几年,半导体泵浦的Nd:YAG激光器制造技术有了飞速发展,最大输出功率已经达到和氙灯泵浦的Nd:YAG 激光器同样级别。
例如,Trumpf 公司生产的氙灯泵浦Nd:YAG 激光器的输出功率最大为5500W,而半导体泵浦的Nd:YAG 激光器最大输出功率已达到6000W。
我国在大功率Nd:YAG 激光器技术方面还相当落后,目前还不能自主生产千瓦级Nd:YAG 激光器。
(3) 半导体激光器半导体激光器具有波长短、重量轻、转换效率高、运行成本低、寿命长的特点,是未来激光器发展的重要方向之一。
国外学者已经开始了利用大功率半导体激光器进行铝合金焊接的研究工作,可以获得2mm的焊接熔深。
但半导体激光器面临的最大问题是光束模式差,光斑大,因此功率密度较低,这是半导体激光器今后用于工业生产必须解决的问题。
2.2 激光焊接过程监测与质量控制激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容,利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器,通过人工智能和计算机处理方法,针对不同的激光焊接过程和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等,并通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现高质量的自动化激光焊接过程。
图1 激光焊接过程检测原理示意图(1) 激光焊接过程监测利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法,如图1 所示。
根据检测信号的不同,激光焊接质量检测主要包括以下几种方式:1) 光信号检测。
检测对象为激光焊接过程中的等离子体(包括工件上方和小孔内部)光辐射和熔池光辐射等。
从检测装置的安装来看,主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测。
使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD 和高速摄像机,以及光谱分析仪等。
2) 声音信号检测。
检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。
3) 等离子体电荷信号。
检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。
利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一。
国内外研究工作表明,利用光电传感器可以自动检测出焊接过程中因激光功率、焊接速度、焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化,不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷,而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量,例如,气孔倾向的严重程度。
采用激光视觉传感器可以实时观察焊缝的成形质量,迅速及时诊断高速焊接中容易出现的咬边和气孔缺陷,同时可以在线测量焊缝的宽度变化。
采用这种在线检测方法替代手动检查,大大减少了返修率,提高了生产效率,降低了成本。
例如,在Nd:YAG 焊接系统中,采用Ar+激光作为辅助光源照亮焊接区,在CCD 前安装只允许Ar+激光通过的滤波片,就可以获得非常清晰的焊接熔池图象。
这项技术在日本汽车制造领域已得到相当应用。
(2) 激光焊接过程控制激光焊接过程控制的主要内容就是对焊接工艺参数的控制。
在激光焊接时,光束焦点位置是影响激光深熔焊质量最关键而又最难监测和控制的工艺参数之一。
在一定激光功率和焊接速度下,只有焦点处于最佳焦点位置范围时,才可获得最大熔深和良好的焊缝成形。
偏离这个范围,熔深则下降,甚至破坏稳定的深熔焊过程,变为模式不稳定焊接或热导焊。
但实际激光焊接时,存在多种因素影响焦点位置的稳定性,包括因非平面工件和焊接变形引起的焊接喷嘴-工件距离变化,激光器窗口、聚焦镜等元件热透镜效应引起焦点位置的变化,以及光束在飞行光路中不同位置引起焦点位置的变化等。
如何迅速确定激光焦点位置并将其控制在合适的范围,一直是激光焊接迫切要求解决而又难度很大的课题。
图2是清华大学研制的CO2激光焊接焦点位置的双闭环控制系统示意图。
整个系统包括数控激光焊接机床(CNC)、特殊设计的激光焊炬以及检测控制系统。
焊接喷嘴-工件距离可以通过上下调节焊炬位置实现,而聚焦透镜位置则由电机驱动在焊炬内独立上下运动,实现焦点位置的调节。
检测系统由电荷传感器(pcs喷嘴)和装在喷嘴侧面的光学传感器(ps 传感器)组成。
焊接过程中,根据检测到的PCS信号变化,系统可以自动调节喷嘴至工件表面距离,保证在焊接过程中保持喷嘴-工件距离恒定;同时根据PS信号调整聚焦透镜的位置,用于补偿因热透镜效应引起的焦点位置波动,使焦点位置始终处在最佳焦点位置范围。
图2 激光焊接焦点位置双闭环控制系统组成图3显示的是这种质量检测与闭环控制的实验结果。
双闭环控制实验在450mm长的弯板上进行,包括了上坡焊、平焊和下坡焊三种情况。
图中焊缝A为只采用PCS信号单独控制焊接喷嘴-工件距离的实验结果,可以看出虽然喷嘴受控随工件斜率升降能保持喷嘴-工件距离不变,但由于热透镜效应的影响,焊接过程中焦点位置逐渐偏离最佳焦点位置,由稳定的深熔焊变为模式不稳定焊和热导焊。
而焊缝B则采用了双闭环控制,既控制了喷嘴-工件距离,又能自动调节透镜的高度,对焦点位置进行全闭环控制,补偿了包括热透镜效应在内的各种因素的的影响,所以焊接过程中能始终保证熔深和熔宽均匀。
图3 焦点位置双闭环控制激光焊接样品2.3 新型激光焊接工艺与方法(1) 双/多光束焊接双/多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量,其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置,以提高总的激光能量。
后来,随着激光焊接技术应用范围的扩大,为减小在厚板焊接,特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向,采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接,这样可以适当提高焊接小孔的稳定性,减少焊接缺陷的产生几率。
(2) 激光-电弧复合焊激光-电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。
该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求,激光焊接本身存在的间隙适应性差,即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高,此外,激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法,一般不采用填充金属,因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。
而激光-电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点,又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点,是一种优质高效焊接方法。
其特点在于:•可降低工件装配要求,间隙适应性好。
•有利于减小气孔倾向。
•可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度,有利于降低成本。
•电弧对等离子体有稀释作用,可减小对激光的屏蔽效应,同时激光对电弧有引导和聚焦作用,使焊接过程稳定性提高。
•利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能,对焊接特种材料或异种材料有重要意义。
激光与电弧复合焊的方法包括两种,即旁轴复合焊和同轴复合焊。
旁轴激光-电弧复合焊方法实现较为简单,但最大缺点是热源为非对称性,焊接质量受焊接方向影响很大,难以用于曲线或三维焊接。
而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源,大大提高焊接过程稳定性,并可方便地实现二维和三维焊接。
目前,对旁轴复合焊的研究较多,而同轴复合焊的还处于研究阶段。
在复合焊的应用方面,许多汽车制造商正将其用于新型汽车的制造。
例如,在进行汽车车身拼焊时,利用3kW Nd:YAG激光焊接1.2mm和0.7mm 厚的拼板时焊接速度最高为4.0m/min,采用复合焊后最大速度可达7.4m/min,而允许的对接坡口间隙从原来的0.05mm提高到0.15mm。
国内近年来也开始了激光-电弧复合焊的初步研究。
3、激光焊接在汽车制造中的典型应用汽车制造领域是当前工业生产中最大规模使用激光焊接技术的行业,从汽车零部件生产到车身制造,激光焊接已经成为汽车制造生产中的最主要焊接方法之一。
总体上讲,激光焊接在汽车制造中的应用主要包括三个方面。
3.1 汽车零部件的激光焊接激光焊接在汽车制造中的应用始于变速箱的齿轮焊接,由于采用了激光焊接,焊接后的齿轮几乎没有焊接变形,不需要焊后热处理,而且焊接速度大大提高,因此很快得到了应用。
国外到目前为止,激光焊接已经在汽车零部件生产中得到非常广泛的应用,包括尾气排放系统(歧管、排气管、消声器等)、变速箱双联齿轮、减振器储油缸筒体、滤清器、车门铰链等。
国内汽车领域应用激光焊接主要有变速箱齿轮和减振器储油缸筒的焊接。
3.2 激光拼焊技术激光焊接在汽车制造应用最为成功,同时效益最为明显的一项技术就是汽车车身的拼焊技术。
激光拼焊的目的是为了降低车身重量,即在进行车身的设计制造时,根据车身不同部位的性能要求,选择钢材等级和厚度不同的钢板,通过激光裁剪和拼焊技术完成车身某一部位的制造。
激光拼焊技术具有下列优点:减少零件和模具数量;缩短设计和开发周期;减少材料浪费;最合理使用不同级别、厚度和性能的钢板,减少车身重量;降低制造成本;提高尺寸精度;提高车身结构刚度和安全性。