激光焊接機(jī)應(yīng)用范圍

激光焊接機(jī)制造業(yè)

激光拼焊技術(shù)在國(guó)外轎車(chē)制造中得到廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線超過(guò)100條，年產(chǎn)轎車(chē)構(gòu)件拼焊坯板7000萬(wàn)件，并繼續(xù)以較高速度增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)引進(jìn)車(chē)型也采用一些剪裁坯板結(jié)構(gòu)。日本以CO2激光焊代替閃光對(duì)焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無(wú)法熔焊，但通過(guò)有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示激光焊的廣闊前途。日本還在世界上首次成功開(kāi)發(fā)將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修等，在國(guó)內(nèi)還進(jìn)行齒輪激光焊接技術(shù)。

激光焊接機(jī)粉末冶金

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多工業(yè)技術(shù)上對(duì)材料特殊要求，應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域如汽車(chē)、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展，它與其它零件的連接問(wèn)題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域，為粉末冶金材料的應(yīng)用開(kāi)辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊的方法焊接金剛石，由于結(jié)合強(qiáng)度低，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能。

激光焊接機(jī)汽車(chē)工業(yè)

20世紀(jì)80年代后期，千瓦級(jí)激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車(chē)制造業(yè)，成為汽車(chē)制造業(yè)突出的成就之一。歐洲的汽車(chē)制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車(chē)頂、車(chē)身、側(cè)框等鈑金焊接，90年代美國(guó)竟相將激光焊接引入汽車(chē)制造，盡管起步較晚，但發(fā)展很快。意大利在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接，日本在制造車(chē)身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車(chē)車(chē)身制造中使用得越來(lái)越多，根據(jù)美國(guó)金屬市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，至2002年底，激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達(dá)到70000t比1998年增加3倍。根據(jù)汽車(chē)工業(yè)批量大、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展。在工藝方面美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過(guò)程中添加粉末金屬和金屬絲的研究，德國(guó)不萊梅應(yīng)用光束技術(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車(chē)身骨架方面進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋，提高焊接速度，解決公差問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)線已在工廠投入生產(chǎn)。

激光焊接機(jī)電子工業(yè)

激光焊接在電子工業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小、加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(huán)、快熱陰極燈絲組件等。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決，TIG焊容易焊穿，等離子穩(wěn)定性差，影響因素多而采用激光焊接效果很好，得到廣泛的應(yīng)用。

激光焊接機(jī)生物醫(yī)學(xué)

生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來(lái)的優(yōu)越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其他組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在激光波長(zhǎng)、劑量及其對(duì)功能恢復(fù)以及激光焊料的選擇等方面的研究，劉銅軍進(jìn)行了激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對(duì)大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與傳統(tǒng)的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過(guò)程中沒(méi)有異物反應(yīng)，保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì)，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。

激光焊接機(jī)其他領(lǐng)域

在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國(guó)內(nèi)進(jìn)行了許多研究，如對(duì)BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接，德國(guó)開(kāi)發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。

激光焊接機(jī)功率密度

功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在104~106W/cm2。

激光焊接機(jī)脈沖波形

脈沖波形在焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題，尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有的能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。

激光焊接機(jī)脈沖寬度

脈寬是脈沖焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。

激光焊接機(jī)離焦量的影響

因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高，容易蒸發(fā)成孔。離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對(duì)均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。

激光焊接機(jī)又常稱(chēng)為激光焊機(jī)、能量負(fù)反饋激光焊接機(jī)、雷射焊接機(jī)、鐳射焊機(jī)、激光冷焊機(jī)、激光氬焊機(jī)、激光焊接設(shè)備等。按其工作方式常可分為激光模具燒焊機(jī)（手動(dòng)激光焊接設(shè)備）、自動(dòng)激光焊接機(jī)、首飾激光焊接機(jī)、激光點(diǎn)焊機(jī)、光纖傳輸激光焊接機(jī)、振鏡焊接機(jī)、手持式焊接機(jī)等，專(zhuān)用激光焊接設(shè)備有傳感器焊機(jī)、矽鋼片激光焊接設(shè)備、鍵盤(pán)激光焊接設(shè)備。

可焊接圖形有：點(diǎn)、直線、圓、方形或由AUTOCAD軟件繪制的任意平面圖形。

激光焊接是利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過(guò)熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，主要針對(duì)薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對(duì)接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無(wú)需處理或只需簡(jiǎn)單處理，焊縫質(zhì)量高，無(wú)氣孔，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

激光焊接機(jī)的自動(dòng)化程度高焊接工藝流程簡(jiǎn)單。非接觸式的操作方法能夠達(dá)到潔凈、環(huán)保的要求。采用激光焊接機(jī)加工工件能夠提高工作效率，成品工件外觀美觀、焊縫小、焊接深度大、焊接質(zhì)量高。激光焊接機(jī)廣泛應(yīng)用于牙科義齒的加工，鍵盤(pán)焊接，矽鋼片焊接，傳感器焊接，電池密封蓋的焊接等等方面。但激光焊接機(jī)的成本較高，對(duì)工件裝配的精度要求也較高，在這些方面仍有局限性。

在20世界70年代以前，由于高功率連續(xù)波形(CW)激光器尚未開(kāi)發(fā)出來(lái)，所以研究重點(diǎn)集中在脈沖激光焊接(PW)上。早期的激光焊接研究實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是利用紅寶石脈沖激光器，1ms脈沖典型的峰值輸出功率Pm為5KW左右，脈沖能量為1~5J，脈沖頻率就小于等于1赫茲。當(dāng)時(shí)雖然能夠活的較高的脈沖能量，但這些激光器的平均輸出功率P卻相當(dāng)?shù)?，這主要是由激光器很低的工作效率和發(fā)光物質(zhì)的受激性狀決定。激光器由于具有較高的平均功率，在它出現(xiàn)之后很快就成為點(diǎn)焊和縫焊的優(yōu)選設(shè)備，其焊接過(guò)程是通過(guò)焊點(diǎn)搭接而進(jìn)行的，直到1KW以上的連續(xù)功率波形激光器誕生以后具有真正意義的激光縫焊才得以實(shí)現(xiàn)。

焊接自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀與展望

隨著數(shù)字化技術(shù)日益成熟，代表處動(dòng)地接技術(shù)的數(shù)字焊機(jī)、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已穩(wěn)步進(jìn)入市場(chǎng)。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國(guó)家大型基礎(chǔ)工程，有效地促進(jìn)了先進(jìn)焊接特別是焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。汽車(chē)及零部件的制造對(duì)焊接的自動(dòng)化程度要求日新月異。我國(guó)焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向“高效、自動(dòng)化、智能化”。我國(guó)的焊接自動(dòng)化率還不足30%，同發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的80%差距甚遠(yuǎn)。從20世紀(jì)未國(guó)家逐漸在各個(gè)行業(yè)推廣自動(dòng)焊的基礎(chǔ)焊接方式——?dú)怏w保護(hù)焊，來(lái)取代傳統(tǒng)的手工電弧焊，已初見(jiàn)成效?？梢灶A(yù)計(jì)在未來(lái)，國(guó)內(nèi)自動(dòng)化焊接技術(shù)將以前所未有的速度發(fā)展。

高效、自動(dòng)化焊接技術(shù)的現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代，我國(guó)焊接界把實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化作為戰(zhàn)略目標(biāo)，已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實(shí)施，在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動(dòng)化，研究和開(kāi)發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術(shù)，發(fā)展應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造；藥芯焊絲由2%增長(zhǎng)到20%；埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長(zhǎng)。其中藥芯焊絲的增長(zhǎng)幅度明顯加大，在未來(lái)20年內(nèi)會(huì)超過(guò)實(shí)芯焊絲，最終將成為焊接中心的主導(dǎo)產(chǎn)品。

焊接自動(dòng)化技術(shù)的展望

電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)微電子住處和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了焊接自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。特別是數(shù)控技術(shù)、柔性制造技術(shù)和信息處理技術(shù)等單元技術(shù)的引入，促進(jìn)了焊接自動(dòng)化技術(shù)革命性的發(fā)展。

（1）焊接過(guò)程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動(dòng)化的核心問(wèn)題之一，也是我們未來(lái)開(kāi)展研究的重要方向。我們應(yīng)開(kāi)展最佳控制方法方面的研究，包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過(guò)程的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，以及專(zhuān)家系統(tǒng)的研究。

（2）焊接柔性化技術(shù)也是我們著力研究的內(nèi)容。在未來(lái)的研究中，我們將各種光、機(jī)、電技術(shù)與焊接技術(shù)有機(jī)結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)焊接的精確化和柔性化。用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備，是提高焊接自動(dòng)化水平淡的根本途徑。將數(shù)控技術(shù)配以各類(lèi)焊接機(jī)械設(shè)備，以提高其柔性化水平，是我們當(dāng)前的一個(gè)研究方向；另外，焊接機(jī)器人與專(zhuān)家系統(tǒng)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑規(guī)劃、自動(dòng)校正軌跡、自動(dòng)控制熔深等功能，是我們研究的重點(diǎn)。

（3）焊接控制系統(tǒng)的集成是人與技術(shù)的集成和焊接技術(shù)與信息技術(shù)的集成。集成系統(tǒng)中信息流和物質(zhì)流是其重要的組成部分，促進(jìn)其有機(jī)地結(jié)合，可大大降低信息量和實(shí)時(shí)控制的要求。注意發(fā)揮人在控制和臨機(jī)處理的響應(yīng)和判斷能力，建立人機(jī)圣誕的友好界面，使人和自動(dòng)系統(tǒng)和諧統(tǒng)一，是集成系統(tǒng)的不可低估的因素。

（4）提高焊接電源的可靠性、質(zhì)量穩(wěn)定性和控制，以及優(yōu)良的動(dòng)感性，也是我們著重研究的課題。開(kāi)發(fā)研制具有調(diào)節(jié)電弧運(yùn)動(dòng)、送絲和焊槍姿態(tài)，能探測(cè)焊縫坡開(kāi)頭、溫度場(chǎng)、熔池狀態(tài)、熔透情況，適時(shí)提供焊接規(guī)范參數(shù)的高性能焊機(jī)，并應(yīng)積極開(kāi)發(fā)焊接過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)。使焊接技術(shù)由“技藝”向“科學(xué)”演變輥實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化的一個(gè)重要方面。本世紀(jì)頭十年，將是焊接行業(yè)飛速發(fā)展的有利時(shí)期。我們廣大焊接工作者任重而道遠(yuǎn)，務(wù)必樹(shù)立知難而上的決心。抓住機(jī)遇，為我國(guó)焊接自動(dòng)化水平的提高而努力奮斗。

電阻焊

它用來(lái)焊接薄金屬件，在兩個(gè)電極間夾緊被焊工件通過(guò)大的電流熔化電極接觸的表面，即通過(guò)工件電阻發(fā)熱來(lái)實(shí)施焊接。工件易變形，電阻焊通過(guò)接頭兩邊焊合，而激光焊只從單邊進(jìn)行，電阻焊所用電極需經(jīng)常維護(hù)以清除氧化物和從工件粘連著的金屬，激光焊接薄金屬搭接接頭時(shí)并不接觸工件，再者光束還可進(jìn)入常規(guī)焊難以焊及的區(qū)域，焊接速度快。

氬弧焊

使用非消耗電極與保護(hù)氣體，常用來(lái)焊接薄工件，但焊接速度較慢，且熱輸入比激光焊大很多，易產(chǎn)生變形。

等離子弧焊

與氬弧類(lèi)似，但其焊炬會(huì)產(chǎn)生壓縮電弧，以提高弧溫和能量密度，它比氬弧焊速度快、熔深大，但遜于激光焊。

電子束焊

它靠一束加速高能密度電子流撞擊工件，在工件表面很小密積內(nèi)產(chǎn)生巨大的熱，形成"小孔"效應(yīng)，從而實(shí)施深熔焊接。電子束焊的主要缺點(diǎn)是需要高真空環(huán)境以防止電子散射，設(shè)備復(fù)雜，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制，對(duì)焊件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格，非真空電子束焊也可實(shí)施，但由于電子散射而聚焦不好影響效果。電子束焊還有磁偏移和X射線問(wèn)題，由于電子帶電，會(huì)受磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前去磁處理。X射線在高壓下特別強(qiáng)，需對(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)。激光焊則不需 真空室和對(duì)工件焊前進(jìn)行去磁處理，它可在大氣中進(jìn)行，也沒(méi)有防X射線問(wèn)題，所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操作，也可焊接磁性材料。

YAG激光焊接機(jī)發(fā)展

激光焊接是激光材料加工用的機(jī)器，又常稱(chēng)為激光焊機(jī)、鐳射焊機(jī)，按其工作方式?？煞譃榧す饽＞邿笝C(jī)（手動(dòng)焊接機(jī)）、自動(dòng)激光焊接機(jī)、激光點(diǎn)焊機(jī)、光纖傳輸激光焊接機(jī)，光焊接是利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過(guò)熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池以達(dá)到焊接的目的。

20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過(guò)程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。

高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開(kāi)辟了激光焊接的新領(lǐng)域。獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，在機(jī)械、汽車(chē)、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。

YAG激光焊接機(jī)工作原理

利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過(guò)熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，主要針對(duì)薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對(duì)接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無(wú)需處理或只需簡(jiǎn)單處理，焊縫質(zhì)量高，無(wú)氣孔，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。