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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。

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,高功率密度對于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度,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。

脈沖波形

脈沖波形在焊接中是一個(gè)重要問題,尤其對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。

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)。

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高,容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上,功率密度分布相對均勻。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,這與熔池的形成過程有關(guān)。

激光拼焊技術(shù)在國外轎車制造中得到廣泛應(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100條,年產(chǎn)轎車構(gòu)件拼焊坯板7000萬件,并繼續(xù)以較高速度增長。國內(nèi)生產(chǎn)引進(jìn)車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,無法熔焊,但通過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,在國內(nèi)還進(jìn)行齒輪激光焊接技術(shù)。

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、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。

汽車工業(yè)

20世紀(jì)80年代后期,千瓦級激光成功應(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)在汽車制造業(yè),成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側(cè)框等鈑金焊接,90年代美國竟相將激光焊接引入汽車制造,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)良在汽車車身制造中使用得越來越多,根據(jù)美國金屬市場統(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Sandia國家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究,德國不萊梅應(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,解決公差問題,開發(fā)的生產(chǎn)線已在工廠投入生產(chǎn)。

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。

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)方面國內(nèi)外的研究主要集中在激光波長、劑量及其對功能恢復(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,愈合過程中沒有異物反應(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。

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內(nèi)進(jìn)行了許多研究,如對BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接,德國開發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。

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。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎(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。汽車及零部件的制造對焊接的自動(dòng)化程度要求日新月異。我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向"高效、自動(dòng)化、智能化"。我國的焊接自動(dòng)化率還不足30%,同發(fā)達(dá)工業(yè)國家的80%差距甚遠(yuǎn)。從20世紀(jì)未國家逐漸在各個(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,來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,已初見成效。可以預(yù)計(jì)在未來,國內(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,我國焊接界把實(shí)現(xiàn)焊接過程的機(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%增長到20%;埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內(nèi)會超過實(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、焊接過程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動(dòng)化的核心問題之一,也是我們未來開展研究的重要方向。我們應(yīng)開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程的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制,以及專家系統(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),能探測焊縫坡開頭、溫度場、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)積極開發(fā)焊接過程的計(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)必樹立知難而上的決心。抓住機(jī)遇,為我國焊接自動(dòng)化水平的提高而努力奮斗。

它用來焊接薄金屬件,在兩個(gè)電極間夾緊被焊工件通過大的電流熔化電極接觸的表面,即通過工件電阻發(fā)熱來實(shí)施焊接。工件易變形,電阻焊通過接頭兩邊焊合,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

與氬弧類似,但其焊炬會產(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射線問題,由于電子帶電,會受磁場偏轉(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),需對操作人員實(shí)施保護(hù)。激光焊則不需 真空室和對工件焊前進(jìn)行去磁處理,它可在大氣中進(jìn)行,也沒有防X射線問題,所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操作,也可焊接磁性材料。