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新型激光焊接技术发展与应用


新型技术发展与应用

焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术,最终既体现为成套专用设备,又体现为与之配套的工艺。作为先进制造技术的重要组成部分,技术在未来航空制造业有着广阔的应用前景。激光焊接技术发展方向主要有以下几方面:

激光焊接的分类:

1. 填充焊丝激光焊
激光焊接一般不填充焊丝,但对焊件装配间隙要求很高,实际生产中有时很难保证,限制了其应用范围。采用填丝激光焊,可大大降低对装配间隙的要求。例如板厚2mm的铝合金板,如不采用填充焊丝,板材间隙必须为零才能获得良好的成形,如采用φ1.6mm的焊丝做为填充金属,即使间隙增至1.0mm,也可保证焊缝良好的成形。此外,填充焊丝还可以调整化学成分或进行厚板多层焊。
2. 光束旋转激光焊
使激光束旋转进行焊接的方法,也可大大降低焊件装配以及光束对中的要求。例如在2mm厚高强合金钢板对接时,容许对缝装配间隙从0.14mm增大到0.25mm;而对4mm厚的板,则从0.23mm增大到0.30mm。光束中心与焊缝中心的对准允许误差从0.25mm增加至0.5mm。
3. 激光焊接质量在线检测与控制
利用等离子体的光、声、电荷信号对激光焊接过程进行检测,近年来已成为国内外研究的热点,少数研究成果已达到了闭环控制的程度。激光焊接质量检测和控制系统所用传感器及其功能简单介绍如下:
(1)等离子体监测传感器
1)等离子体光学传感器(PS):它的作用是采集等离子体的特征光一紫外光信号。

2)等离子体电荷传感器(PCS):利用喷嘴做探针检测由于等离子体带电粒子(正离子、电子)的不均匀扩散而在喷嘴和工件之间形成的电位差。

(2)系统功能
1)识别激光焊接过程属于何种方式。稳定深熔焊过程,有等离子体,PS、PCS信号均很强;稳定热导焊过程,不产生等离子体,PS、PCS信号几乎等于零;模式不稳定焊过程,等离子体间断性地产生和消失,相应地PS、PCS信号间断性地上升和下降。
2)诊断传输到焊接区的激光功率是否正常、当其他参数一定时,PS和PCS信号的强弱与入射到焊接区的功率大小有对应关系。因此,监视PS和PCS信号就可以知道导光系统是否正常,焊接区的功率是否发生了波动。
3)喷嘴高度自动跟踪。PCS信号随喷嘴-工件距离的增加而减小。利用这一规律进行闭环控制可以保证喷嘴-工件距离不变,实现高度方向的自动跟踪。
4)焦点位置自动寻优和闭环控制。在深熔焊范围内,光束焦点位置发生波动时,PS接收到的等离子体光信号亦随之变化,以最佳焦点位置处(此时小孔最深)PS信号最小。依据所发现的这个规律,可以实现焦点位置自动寻优与闭环控制,使焦点位置波动小于0.2mm,熔深波动小于0.05mm。
总结:
人们在广泛应用激光焊接技术的同时,并且不断对其进行深入的研究,针对其存在的缺点,利用其他热源的加热性能来改善激光对工件的加热,在保持激光加热优点的基础上,从而把激光与其他热源一起进行复合热源焊接,主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接以及双激光束焊接等。复合焊接可增加焊接熔深,改善接头性能,降低设备成本,提高焊接速度与生产率。总之,激光焊接生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益和社会效益良好。在新设备、新材料、新技术和新工艺层出不穷、不断更新的时代,生产者不仅要了解激光焊接的特性、优点和要求,还应认识到此领域的诸多创新和未来趋势,只有这样才能把握技术流行趋势,才能时刻走在时代的前沿。
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