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激光焊接技術的發展前景
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激光焊接技術是一門綜合技術,包含激光技術、焊接技術、自動化技術、材料技術、機械制造技術及產品設計為一體的綜合技術,最終既體現為成套專用設備,又體現為與之配套的工藝。作為先進制造技術的重要組成部分,激光焊接技術在未來航空制造業有著廣闊的應用前景。

  激光焊接技術發展方向一:填充焊絲激光焊

  激光焊接通常不填充焊絲,但對焊件裝配間隙要求很高,焊件間間隙必須小于一定范圍內,由于實際生產中很難保證,因此縮小了激光焊接的應用范圍。采用填絲激光焊,可大大降低對裝配間隙的要求。例如板厚2mm的鋁合金板,如不采用填充焊絲,板材間隙必須為零才能獲得良好的成形,如采用φ1.6mm的焊絲做為填充金屬,即使間隙增至1.0mm,也可保證焊縫良好的成形。此外,填充焊絲還可以調整化學成分或進行厚板多層焊。

  激光焊接技術發展方向二:光束旋轉激光焊

  使激光束旋轉進行焊接的方法,也可大大降低焊件裝配以及光束對中的要求。例如在2mm厚高強合金鋼板對接時,容許對縫裝配間隙從0.14mm增大到0.25mm;而對4mm厚的板,則從0.23mm增大到0.30mm。光束中心與焊縫中心的對準允許誤差從0.25mm增加至0.5mm

  激光焊接技術發展方向三:激光焊接質量在線檢測與控制

  利用等離子體的光、聲、電荷信號對激光焊接過程進行檢測,近年來已成為國內外研究的熱點,少數研究成果已達到了閉環控制的程度。激光焊接質量檢測和控制系統所用傳感器及其功能簡單介紹如下:

  (1)等離子體監測傳感器

  1)等離子體光學傳感器(PS):它的作用是采集等離子體的特征光一紫外光信號。

  2)等離子體電荷傳感器(PCS):利用噴嘴做探針檢測由于等離子體帶電粒子(正離子、電子)的不均勻擴散而在噴嘴和工件之間形成的電位差。

  (2)系統功能

  1)識別激光焊接過程屬于何種方式。穩定深熔焊過程,有等離子體,PSPCS信號均很強;穩定熱導焊過程,不產生等離子體,PSPCS信號幾乎等于零;模式不穩定焊過程,等離子體間斷性地產生和消失,相應地PSPCS信號間斷性地上升和下降。

  2)診斷傳輸到焊接區的激光功率是否正常、當其他參數一定時,PSPCS信號的強弱與入射到焊接區的功率大小有對應關系。因此,監視PSPCS信號就可以知道導光系統是否正常,焊接區的功率是否發生了波動。

  3)噴嘴高度自動跟蹤。PCS信號隨噴嘴-工件距離的增加而減小。利用這一規律進行閉環控制可以保證噴嘴-工件距離不變,實現高度方向的自動跟蹤。

  4)焦點位置自動尋優和閉環控制。在深熔焊范圍內,光束焦點位置發生波動時,PS接收到的等離子體光信號亦隨之變化,以最佳焦點位置處(此時小孔最深)PS信號最小。依據所發現的這個規律,可以實現焦點位置自動尋優與閉環控制,使焦點位置波動小于0.2mm,熔深波動小于0.05mm

  激光焊接技術發展總結

人們在廣泛應用激光焊接技術的同時,亦不斷對其進行深入的研究,針對其存在的缺點,利用其他熱源的加熱性能來改善激光對工件的加熱,在保持激光加熱優點的基礎上,從而把激光與其他熱源一起進行復合熱源焊接,主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應熱源復合焊接以及雙激光束焊接等。復合焊接可增加焊接熔深,改善接頭性能,降低設備成本,提高焊接速度與生產率。總之,激光焊接生產效率高,加工質量穩定可靠,經濟效益和社會效益良好。在新設備、新材料、新技術和新工藝層出不窮、不斷更新的時代,生產者不僅要了解激光焊接的特性、優點和要求,還應認識到此領域的諸多創新和未來趨勢,只有這樣才能把握技術流行趨勢,才能時刻走在時代的前沿。

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