激光焊接成功應(yīng)用凸現(xiàn)出激光焊接特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)

       激光焊接生產(chǎn)效率高和易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的特點(diǎn)使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。其中，激光焊接在汽車制造領(lǐng)域中的許多成功應(yīng)用已經(jīng)凸現(xiàn)出激光焊接的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。  用于大熔深激光焊接的CO?激光器一般以連續(xù)方式工作，主要包括快軸流和Slab型兩種類型。同快軸流激光器相比，Slab型激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、氣體消耗量少、維護(hù)成本低的特點(diǎn)。目前世界上CO?激光器最大輸出功率為45kW，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的激光器輸出功率范圍約在700W～12kW之間。 Nd:YAG激光可以通過(guò)光纖傳輸，在柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工場(chǎng)合更具有適應(yīng)性。目前國(guó)外Nd:YAG激光器的最大輸出功率達(dá)10kW，而包括汽車在內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的則是3 kW和4 kW的Nd:YAG激光器。 1、新型激光焊新年好工藝與方法 （1）雙/多光束焊接   雙/多光束焊接的提出最初是為了獲得更大的熔深、更穩(wěn)定的焊接過(guò)程和更好的焊縫成形質(zhì)量，其基本方法是同時(shí)將兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的激光器輸出的光束聚焦在同一位置，以提高總的激光能量。后來(lái)，隨著激光焊接技術(shù)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，為減小在厚板焊接，特別是鋁合金焊接時(shí)容易出現(xiàn)氣孔傾向，采用以前后排列或平行排列的兩束激光實(shí)施焊接，這樣可以適當(dāng)提高焊接小孔的穩(wěn)定性，減少焊接缺陷的產(chǎn)生幾率。 （2）激光—電弧復(fù)合焊   激光—電弧復(fù)合焊是近年激光焊接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。該方法的提出是由于隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)激光焊接的要求，激光焊接本身存在的間隙適應(yīng)性差，即極小的激光聚焦光斑對(duì)焊前工件的加工裝配要求過(guò)高。此外，激光焊接作為一種以自熔性焊接為主的焊接方法，一般不采用填充金屬，因此在焊接一些高性能材料時(shí)對(duì)焊縫的成分和組織控制困難。而激光一電弧復(fù)合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小變形的優(yōu)點(diǎn)，又具體有間隙敏感性低、焊接適應(yīng)性好的性點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)高效焊接方法。其特點(diǎn)在于：   1）可降低工件定位要求，間隙適應(yīng)性好。   2）有利于減少氣孔傾向。   3）可以實(shí)現(xiàn)在較低激光功率下獲得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本。   4）電弧對(duì)等離子體有稀釋作用，可減小對(duì)激光的屏蔽效應(yīng)，同時(shí)激光對(duì)電弧有引導(dǎo)和聚焦作用，使焊接過(guò)程穩(wěn)定性提高。   5）利用電弧焊的填絲可改善焊縫成分和性能，對(duì)焊接特種材料或異種材料有重要意義。  激光與電弧復(fù)合焊的方法包括兩種，即旁軸符合焊和同軸復(fù)合焊。旁軸激光—電弧復(fù)合焊方法災(zāi)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，但最大的缺點(diǎn)是熱源為非對(duì)稱性，焊接質(zhì)量受焊接方向影響很大，難以用于曲線或三維焊接。而激光和電弧同軸的焊接方法則可以形成一種同軸對(duì)稱的復(fù)合熱源，大大提高焊新年好過(guò)程穩(wěn)定性，并可方便地實(shí)現(xiàn)二維和三維焊接。目前，對(duì)旁軸復(fù)合焊的研究較多，而同軸復(fù)合焊的還處于研究階段。在復(fù)合焊的應(yīng)用方面，許多汽車制造商正將其用于新型汽車的制造。例如，在進(jìn)行汽車車身拼焊時(shí)，利用3kW的Nd:YAG激光焊接1.2mm和0.7mm厚的拼板時(shí)焊接速度最高為4.0mm/min,采用復(fù)合焊后最大速度可達(dá)7.4m/min，而允許的對(duì)接坡口間隙從原來(lái)的0.05 mm提高到0.15 mm.國(guó)內(nèi)近年來(lái)也開(kāi)始了激光—電弧復(fù)合焊的初步研究。  2．焦點(diǎn)位置控制 圖1是某CO?激光焊接焦點(diǎn)位置的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。整個(gè)系統(tǒng)包括數(shù)控激光焊接機(jī)床（CNC）、特殊設(shè)計(jì)的激光焊炬以及檢測(cè)控制系統(tǒng)。焊接噴嘴一工件距離可以通過(guò)上下調(diào)節(jié)焊炬位置實(shí)現(xiàn)，而聚焦透鏡位置則由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)在焊炬內(nèi)獨(dú)立上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置的調(diào)節(jié)。檢測(cè)系統(tǒng)由電荷傳感器（PCS噴嘴）和裝在噴嘴側(cè)面的江學(xué)傳感器（PS傳感器）組成。焊接過(guò)程中，根椐檢測(cè)到的PCS信號(hào)變化，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)噴嘴至工件表面距離，保證在焊接過(guò)程中保持噴嘴—工件距離恒定；同時(shí)根據(jù)PS信號(hào)調(diào)整聚焦透鏡的位置，用于補(bǔ)償因熱透鏡效應(yīng)引起的焦 點(diǎn)位置波動(dòng)，使焦點(diǎn)位置始終處在最佳焦點(diǎn)位置范圍。  圖1  激光焊接焦點(diǎn)位置雙閉環(huán)控制系統(tǒng)組成 3、   激光焊接在汽車制造中的典型應(yīng)用 汽車制造領(lǐng)域是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中最大規(guī)模使用激光焊接技術(shù)的行業(yè)，從汽車零部件生產(chǎn)到車身制造，激光焊接已經(jīng)成為汽車制造生產(chǎn)中的最主要焊接方法之一?？傮w上講，激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用主要包括三個(gè)方面。 （1）汽車零部件的激光焊接   激光焊接在汽車制造中的應(yīng)用始于變速箱的齒輪焊接，由于采用了激光焊接，焊接后的齒輪幾乎沒(méi)有焊接變形，不需要焊后熱處理，而且焊接速度大大提高，因此很快得到了應(yīng)用。國(guó)外到目前為止，激光焊接已經(jīng)在汽車零部件生產(chǎn)中得到非常廣泛的應(yīng)用，包括尾氣排放系統(tǒng)（進(jìn)氣歧管、排氣管、消聲器等）、變速箱雙聯(lián)齒輪、減振器儲(chǔ)油缸筒體、濾清器、車門鉸鏈等。國(guó)內(nèi)汽車領(lǐng)域應(yīng)用激光焊接主要有變速箱齒輪和減振器儲(chǔ)油缸筒的焊接。 （2）激光拼焊技術(shù)   激光焊接在汽車制造中應(yīng)用最為成功，同時(shí)效益最為明顯的一項(xiàng)技術(shù)就是汽車車身的拼焊技術(shù)。激光拼焊的目的是為了降低車身質(zhì)量，即在進(jìn)行車身的設(shè)計(jì)制造時(shí)，根據(jù)車身不同部位的性能要求，選擇鋼材等級(jí)和厚度不同的鋼板，通過(guò)激光裁剪和拼接技術(shù)完成車身某一部位的制造。激光拼焊技術(shù)具有下列優(yōu)點(diǎn)：減少零件和模具數(shù)量；縮短設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)周期；減少材料浪費(fèi)；最合理使用不同級(jí)別、厚度和性能的鋼板，減少車身重量；降低制造成本；提高尺寸精度；提高車身結(jié)構(gòu)剛度和安全性。

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