1. 激光焊接與激光-電弧復(fù)合焊接基本原理及特點(diǎn)
激光焊接是利用高能量密度激光束迅速加熱工件、熔化材料、實(shí)現(xiàn)材料連接的熔焊技術(shù)。通過激光與物質(zhì)相互作用過程中形成的“小孔”,激光焊接能夠獲得晶粒細(xì)小、深寬比很大的焊接接頭,且具有作用時(shí)間短、效率高、變形小、接頭質(zhì)量優(yōu)良和焊接精度高的特點(diǎn)
激光焊接示意圖及焊縫形貌 |
激光-電弧復(fù)合焊接工藝是由不同形式的激光熱源,如CO2、YAG激光等和不同類型的電弧熱源,如TIG、MIG/MAG、PAW等通過旁軸或同軸方式相結(jié)合,共同作用于工件同一位置實(shí)現(xiàn)金屬材料連接的焊接過程,其原理如圖所示。通過集成物理性質(zhì)、能量特性截然不同的兩種熱源,激光-電弧復(fù)合焊接同時(shí)具備激光和電弧焊接的優(yōu)點(diǎn),具有1+1>2的效果。具體優(yōu)勢如下:同電弧和激光相比,焊接熔深更大,焊接速度更快,接頭性能更好。下圖為其和單獨(dú)激光和電弧焊接的焊縫成形對比。同單一激光焊接相比,接頭間隙橋接能力、高反射率金屬焊接能力和缺陷抑制能力更強(qiáng)。同傳統(tǒng)電弧焊接相比,焊接變形更小。
激光-電弧復(fù)合焊接原理圖 |
電弧、激光及復(fù)合焊縫截面形貌對比 |
2. 多功能全固態(tài)激光焊接設(shè)備
(1)系統(tǒng)構(gòu)成
- 全固態(tài)激光器(根據(jù)不同焊接需求,可選配光纖、Disc、Nd:YAG或二極管激光器)及配套水冷機(jī)組;
- 高精度機(jī)器人、外部滑軌、變位機(jī)多軸(≥8)加工平臺;
- PLC總控系統(tǒng);
- 透射式聚焦激光焊接頭(或一體式激光-電弧復(fù)合焊接頭);
- 光纖傳輸外光路系統(tǒng);
- 專用的焊接工裝夾具;
- 脈沖MIG電弧焊機(jī)(用于激光-電弧復(fù)合焊接);
- 焊縫跟蹤系統(tǒng)(選配);
- 透射式激光切割頭(選配)。
(2)應(yīng)用領(lǐng)域
- 汽車車身的三維激光焊接;
- 家電、工程機(jī)械、汽車、化工領(lǐng)域中復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的三維激光焊接;
- 汽車不等厚板激光拼焊及齒輪軸、排氣管、撥叉件、安全氣囊等零部件的激光焊接;
- 冶金領(lǐng)域的板帶激光在線拼焊;
- 常用管材、箱體、型材及結(jié)構(gòu)件的高質(zhì)量激光焊接及激光-電弧復(fù)合焊接。
(3)主要特點(diǎn)
- 機(jī)器人多軸(≥8)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)好,配置優(yōu),精度高,速度快;高精度機(jī)器人和焊接工藝專家系統(tǒng)有機(jī)配合,精度高,速度快,質(zhì)量好。工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)界面友好,功能強(qiáng)大,操作方便,具有方便的運(yùn)動(dòng)軌跡示教功能;
- 加工空間尺寸大,適用面廣,可進(jìn)行大型平面結(jié)構(gòu)的激光拼焊、大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的激光三維切割和焊接;
- 激光聚焦頭采用透射式聚焦激光焊接頭,氣體保護(hù),調(diào)節(jié)迅速,定位精確;配置良好的冷卻裝置和抽風(fēng)除塵裝置,激光傳輸穩(wěn)定,鏡片使用時(shí)間長;
- 雙工位設(shè)計(jì)(縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期),加工范圍和焊接工裝可根據(jù)工件需求配套設(shè)計(jì);
- 可加工材料范圍:合金鋼、不銹鋼(接頭強(qiáng)度不低于母材);輕金屬(鎂、鋁、鈦),其中鈦合金接頭強(qiáng)度高于母材,鋁合金強(qiáng)度系數(shù)≥0.75,鎂合金強(qiáng)度系統(tǒng)≥0.85; 異種金屬(鋁-鋼、鋁-鈦、鋁-銅等);
- 焊縫成形美觀、深寬比大、熱影響區(qū)小、焊接接頭強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定且高效率;
- 可實(shí)現(xiàn)激光-電弧復(fù)合焊接功能(需另購部件),進(jìn)一步擴(kuò)大可焊范圍、提高焊接質(zhì)量和效率;
- 后續(xù)擴(kuò)展功能多,操作性好,優(yōu)化方便:提供后續(xù)功能擴(kuò)展及工藝開發(fā)支持,可選配機(jī)構(gòu)加工監(jiān)測、跟蹤等附屬設(shè)備,通過選配功能件可提高焊接精度并實(shí)現(xiàn)激光切割功能。
(4)主要技術(shù)指標(biāo)
激光器類型(可選) |
全固態(tài)激光器(光纖、Disc、Nd:YAG或二極管可選) |
激光器功率配置(可選) |
2-10kW |
控制系統(tǒng) |
PLC總控 或機(jī)器人主控 |
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軸 |
6(垂直多關(guān)節(jié)型) |
外部軸 |
直線滑軌、焊接變位機(jī), |
加工范圍 |
機(jī)器人最大工作半徑可達(dá)2033 mm,配合外部軸后加工長達(dá)可達(dá)10米以上 |
加工精度(重復(fù)定位精度) |
≤70μm |
焊接頭 |
透射式聚焦激光焊接頭或一體式激光-電弧復(fù)合焊接頭 |
專家數(shù)據(jù)庫 |
配備 |
抽風(fēng)除塵裝置 |
配備 |
穩(wěn)定性 |
24小時(shí)連續(xù)工作無故障。 |
3. 多功能激光-電弧復(fù)合焊接設(shè)備
機(jī)
(1)系統(tǒng)構(gòu)成
高功率CO2激光器及配套水冷機(jī)組;
- 懸臂式大型加工平臺及外光路傳輸系統(tǒng);
- 五軸四聯(lián)動(dòng)西門子802D或804D數(shù)控系統(tǒng);
- PLC總控系統(tǒng);
- 全反射聚焦激光焊接頭(或一體式激光-電弧復(fù)合焊接頭);
- 專用的焊接工裝夾具;
- 脈沖MIG電弧焊機(jī)(實(shí)現(xiàn)激光-電弧復(fù)合焊接功能);
- 焊縫跟蹤系統(tǒng)(選配);
- 透射式激光切割頭(選配)。
(2)產(chǎn)品特點(diǎn)
采用先進(jìn)技術(shù)制造的CO2激光器,具有及其高的光電轉(zhuǎn)換效率,最佳的光束質(zhì)量和高穩(wěn)定性。低消耗、低運(yùn)行成本,集成化程度高;
- 擁有高質(zhì)量的部件和良好的結(jié)構(gòu),保證了設(shè)備的穩(wěn)定性。該機(jī)型選用德國Siemens公司的控制系統(tǒng)和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高精度直線導(dǎo)軌,具有高速度、高精度、高可靠性;
- 全反射或透射式聚焦激光焊接頭,外光路全封閉,激光傳輸穩(wěn)定,鏡片使用壽命長,加工穩(wěn)定性好;
- 德國西門子802D數(shù)控系統(tǒng),具有故障自診功能,保證設(shè)備安全運(yùn)行;
- 機(jī)床加工范圍和焊接工裝可根據(jù)工件需求配套設(shè)計(jì);
- 雙工位設(shè)計(jì)(縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期),加工范圍和焊接工裝可根據(jù)工件需求配套設(shè)計(jì);
- 可加工材料范圍:合金鋼、不銹鋼(接頭強(qiáng)度不低于母材);輕金屬(鎂、鋁、鈦),其中鈦合金接頭強(qiáng)度高于母材,鋁合金強(qiáng)度系≥0.75,鎂合金強(qiáng)度系統(tǒng)≥0.85; 異種金屬(鋁-鋼、鋁-鈦、鋁-銅等);
- 焊縫成形美觀、深寬比大、熱影響區(qū)小、焊接接頭強(qiáng)度高、質(zhì)量穩(wěn)定且高效率;
- 可實(shí)現(xiàn)激光-電弧復(fù)合焊接功能(需另購部件),進(jìn)一步擴(kuò)大可焊范圍、提高焊接質(zhì)量和效率。
- 后續(xù)擴(kuò)展功能多,操作性好,優(yōu)化方便:提供后續(xù)功能擴(kuò)展及工藝開發(fā)支持,可選配機(jī)構(gòu)加工監(jiān)測、跟蹤等附屬設(shè)備,通過選配功能件可提高焊接精度并實(shí)現(xiàn)激光切割功能。
(3)主要性能指標(biāo)
激光器類型(可選) |
SLAB 或 軸快流CO2激光器 |
激光器功率配置(可選) |
3-8 kW |
外光路 |
全封閉設(shè)計(jì) |
焊接頭 |
全反射聚焦激光焊接頭或一體式激光-電弧復(fù)合焊接頭 |
數(shù)控系統(tǒng)和伺服 |
西門子802D,611D |
機(jī)床加工范圍 |
800mm×1700mm×600mm(可配套設(shè)計(jì)) |
X、Y、Z軸定位精度 |
±0.03/1000 mm |
重復(fù)定位精度 |
±0.02 mm |
工件移動(dòng)速度 |
X軸、Y軸≤8000mm/min,Z軸≤5000mm/min |
穩(wěn)定性 |
24小時(shí)連續(xù)工作無故障。 |
(4)應(yīng)用領(lǐng)域
汽車不等厚板激光拼焊。
- 汽車齒輪軸、排氣管、撥叉件、安全氣囊等零部件的激光焊接;
- 冶金領(lǐng)域的板帶激光在線拼焊;
- 家電、工程機(jī)械、化工領(lǐng)域中的常用管材、箱體、型材及結(jié)構(gòu)件的高質(zhì)量激光焊接及激光-電弧復(fù)合焊接。
4. 激光焊接及激光-電弧復(fù)合焊接設(shè)備典型應(yīng)用
(1)九連敦破損編鐘的形、聲修復(fù)
(2)平面及回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件的激光焊接或激光-電弧復(fù)合焊接
采用激光焊接對各種材料的平面或回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行焊接,具有高焊速、無變形、焊縫紉、質(zhì)量高和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn),現(xiàn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè),特別是汽車行業(yè)。激光焊接能進(jìn)行無接觸的單邊焊,可減少凸邊寬度和重量,提高材料利用率,激光焊接熱影響區(qū)小、變形小、能增加轎車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,提高轎車生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。
汽車排氣管激光焊接 |
不銹鋼管材激光焊接 |
優(yōu)點(diǎn):
激光焊接工藝先進(jìn),能提高焊接質(zhì)量,其焊接接頭強(qiáng)度高,可以達(dá)到與母材等強(qiáng)度
激光焊接設(shè)備性能穩(wěn)定、重復(fù)性好、可靠性高,焊接接頭美觀
由于激光焊接的平整,被焊工件在生產(chǎn)過程中不會(huì)損傷其它部件#p#分頁標(biāo)題#e#
不等厚板激光焊接可以將不同材料不同厚度的金屬板材焊接起來,在汽車制造中得到廣泛的應(yīng)用,可有效地節(jié)省材料、降低車身重量,降低成本、降低油耗,從而獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。
汽車不等厚板激光焊接 |
鋁合金不等厚板激光復(fù)合焊 |
汽車配件不等厚板激光焊接 |
優(yōu)點(diǎn):
降低了整車的制造成本、物流成本、整車重量、裝配公差、油耗和廢品率
減少了外圍加強(qiáng)件數(shù)量,簡化了裝配步驟及工藝
車輛的碰撞能力增強(qiáng),沖壓成型率及抗腐能力提高
(4)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、大型結(jié)構(gòu)件的三維激光焊接(全固態(tài)激光焊接機(jī))
采用HUST-SLW多功能全固態(tài)激光(Solid-state Lasers)焊接機(jī)可進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、大型結(jié)構(gòu)件的三維激光焊接,系統(tǒng)主機(jī)采用八軸聯(lián)動(dòng)機(jī)器人,運(yùn)行速度快,精度高,同時(shí)支持外部軸,這為三維空間零件的焊接切割提供了有力的保證;該設(shè)備功能多,操作性佳,安全系數(shù)高。
激光-電弧復(fù)合焊接輸油管道現(xiàn)場 |
激光-電弧復(fù)合焊接船舶甲板現(xiàn)場 |
汽車撥叉光纖激光三維焊接 |
優(yōu)點(diǎn):
通過機(jī)器人示校功能、配合滑軌和焊接變位機(jī)能迅速完成三維復(fù)雜曲線的準(zhǔn)確定位。光纖激光傳輸使激光束能輕易滿足三維零件的全方位焊接需求;
激光焊接效率高、變形小,能減少焊接工序,輕易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維零件的高質(zhì)量、高精度焊接,且接頭機(jī)械性能優(yōu)良;
利用激光-MIG復(fù)合焊接可進(jìn)一步降低工件裝夾精度和變形要求,提高焊接效率,且能提高焊接質(zhì)量。
通過激光修補(bǔ),可以將原來的模具重新利用,大大節(jié)約了生產(chǎn)成本和提高了工作效率。激光模具焊接機(jī)適用于如數(shù)碼產(chǎn)品、手機(jī)、玩具、汽車、摩托車等模具制造和成型行業(yè),可修補(bǔ)的材料包括: 高合金鋼、含鎳工具鋼、銅合金、高韌鋁合金等。
模具激光補(bǔ)焊 |
手機(jī)外殼激光焊接 |
優(yōu)點(diǎn):
焊接點(diǎn)直徑小,受熱范圍小,焊后不出現(xiàn)氣孔、塌陷、熱應(yīng)變及金相組織變化的現(xiàn)象,極大減小焊后處理工序;
熱影響區(qū)小,模具不變形、不變色,氧化效應(yīng)極低;
焊接深度大,焊接牢固;溶化充分,不留修補(bǔ)痕跡;
溶池溶料凸起部份與基體結(jié)合處無凹陷現(xiàn)象。
齒輪焊接可以大幅度降低齒輪的制造成本,因此,在汽車工業(yè)中早已廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)焊接工藝相比,激光焊接齒輪無需在真空中進(jìn)行,而且可避免焊接變形,保證了焊接后的齒輪無需再精加工。激光焊接變形小,節(jié)省材料,焊縫外觀好的特點(diǎn)復(fù)合汽車小型零配件的激光焊接需求,可應(yīng)用于汽缸墊,噴油嘴,火花塞,ABS等等。
汽車齒輪激光焊接 |
差速器冠狀齒輪激光焊 |
齒輪焊接成品圖 |
氣缸墊片激光焊接 |
優(yōu)點(diǎn):
齒輪及零部件激光焊接無需在真空中進(jìn)行,簡化工藝步驟,減少設(shè)備投入
可避免焊接變形,保證了焊接后的工件無需再精加工
焊縫處具有相當(dāng)或優(yōu)于母材的綜合機(jī)械性能
采用激光焊接金剛石圓鋸片,由于焊接過程中注入工件的能量高度集中、作用時(shí)間極短,故工件熱變形小,易于保證鋸片的尺 寸精度;而且,激光焊接過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,有利于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。激光焊接具有加熱和冷卻速度快的特點(diǎn),有利于獲得均勻細(xì)化的焊縫組織,從而能大大提高金剛石鋸片的結(jié)合強(qiáng)度,保證使用安全可靠。#p#分頁標(biāo)題#e#
圓鋸片激光焊接 |
鋸片刀頭激光焊接 |
優(yōu)點(diǎn):
高效、快速焊齒,重復(fù)性好, 每一齒都有良好的重復(fù)性;
加熱快速, 均勻, 可有效防止鋸齒局部過熱引起的脆化和斷裂,還可防止未焊透引起的掉齒等不良現(xiàn)象;
可焊接高性能, 高硬度鋸齒的鋸片, 這些鋸片用電阻焊無法焊。
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