激光焊接成功應用凸現(xiàn)出激光焊接特點和優(yōu)勢

       激光焊接生產(chǎn)效率高和易實現(xiàn)自動控制的特點使其非常適于大規(guī)模生產(chǎn)線和柔性制造。其中，激光焊接在汽車制造領域中的許多成功應用已經(jīng)凸現(xiàn)出激光焊接的特點和優(yōu)勢。  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、維護成本低的特點。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激光可以通過光纖傳輸，在柔性制造系統(tǒng)或遠程加工場合更具有適應性。目前國外Nd:YAG激光器的最大輸出功率達10kW，而包括汽車在內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)中應用較多的則是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)定的焊接過程和更好的焊縫成形質(zhì)量，其基本方法是同時將兩臺或兩臺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，隨著激光焊接技術(shù)應用范圍的擴大，為減小在厚板焊接，特別是鋁合金焊接時容易出現(xiàn)氣孔傾向，采用以前后排列或平行排列的兩束激光實施焊接，這樣可以適當提高焊接小孔的穩(wěn)定性，減少焊接缺陷的產(chǎn)生幾率。 （2）激光—電弧復合焊   激光—電弧復合焊是近年激光焊接領域的研究熱點之一。該方法的提出是由于隨著工業(yè)生產(chǎn)對激光焊接的要求，激光焊接本身存在的間隙適應性差，即極小的激光聚焦光斑對焊前工件的加工裝配要求過高。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對焊縫的成分和組織控制困難。而激光一電弧復合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小變形的優(yōu)點，又具體有間隙敏感性低、焊接適應性好的性點，是一種優(yōu)質(zhì)高效焊接方法。其特點在于：   1）可降低工件定位要求，間隙適應性好。   2）有利于減少氣孔傾向。   3）可以實現(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）電弧對等離子體有稀釋作用，可減小對激光的屏蔽效應，同時激光對電弧有引導和聚焦作用，使焊接過程穩(wěn)定性提高。   5）利用電弧焊的填絲可改善焊縫成分和性能，對焊接特種材料或異種材料有重要意義。  激光與電弧復合焊的方法包括兩種，即旁軸符合焊和同軸復合焊。旁軸激光—電弧復合焊方法災現(xiàn)較為簡單，但最大的缺點是熱源為非對稱性，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稱的復合熱源，大大提高焊新年好過程穩(wěn)定性，并可方便地實現(xiàn)二維和三維焊接。目前，對旁軸復合焊的研究較多，而同軸復合焊的還處于研究階段。在復合焊的應用方面，許多汽車制造商正將其用于新型汽車的制造。例如，在進行汽車車身拼焊時，利用3kW的Nd:YAG激光焊接1.2mm和0.7mm厚的拼板時焊接速度最高為4.0mm/min,采用復合焊后最大速度可達7.4m/min，而允許的對接坡口間隙從原來的0.05 mm提高到0.15 mm.國內(nèi)近年來也開始了激光—電弧復合焊的初步研究。  2．焦點位置控制 圖1是某CO?激光焊接焦點位置的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)示意圖。整個系統(tǒng)包括數(shù)控激光焊接機床（CNC）、特殊設計的激光焊炬以及檢測控制系統(tǒng)。焊接噴嘴一工件距離可以通過上下調(diào)節(jié)焊炬位置實現(xiàn)，而聚焦透鏡位置則由電動機驅(qū)動在焊炬內(nèi)獨立上下運動，實現(xiàn)焦點位置的調(diào)節(jié)。檢測系統(tǒng)由電荷傳感器（PCS噴嘴）和裝在噴嘴側(cè)面的江學傳感器（PS傳感器）組成。焊接過程中，根椐檢測到的PCS信號變化，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)噴嘴至工件表面距離，保證在焊接過程中保持噴嘴—工件距離恒定；同時根據(jù)PS信號調(diào)整聚焦透鏡的位置，用于補償因熱透鏡效應引起的焦 點位置波動，使焦點位置始終處在最佳焦點位置范圍。  圖1  激光焊接焦點位置雙閉環(huán)控制系統(tǒng)組成 3、   激光焊接在汽車制造中的典型應用 汽車制造領域是當前工業(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用主要包括三個方面。 （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，因此很快得到了應用。國外到目前為止，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用，包括尾氣排放系統(tǒng)（進氣歧管、排氣管、消聲器等）、變速箱雙聯(lián)齒輪、減振器儲油缸筒體、濾清器、車門鉸鏈等。國內(nèi)汽車領域應用激光焊接主要有變速箱齒輪和減振器儲油缸筒的焊接。 （2）激光拼焊技術(shù)   激光焊接在汽車制造中應用最為成功，同時效益最為明顯的一項技術(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，即在進行車身的設計制造時，根據(jù)車身不同部位的性能要求，選擇鋼材等級和厚度不同的鋼板，通過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：減少零件和模具數(shù)量；縮短設計和開發(fā)周期；減少材料浪費；最合理使用不同級別、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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