激光焊接技术及焊接机器人.ppt

三明治结构板激光焊接形式 激光加工应用——航空航天 火箭燃料箱激光焊接 空客380铝合金壳体的激光焊接 飞机铝合金箱体零部件激光焊接 小结 对于激光焊接： 焊缝深窄，深宽比高(10:1) 焊接速度快 热输入低 焊缝热影响区窄 焊接变形小 焊缝质量好,特别是韧性好 改进采用激光复合焊可降低间隙要求 可用于各类工业制造 一、激光焊接技术简介 1.引言 ?激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近40年的发展。 由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。 虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次性投资大，激光焊接在我国的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其技术要求高的问题，使得非常适于大规模生产线和柔性制造。 ?2、激光焊接技术的进展 在这里分两部分进行分析： 1）激光技术 2）激光焊接过程监测与质量控制 激光的产生原理及特性 三要素：激励源，介质，谐振腔。介质受到激发至高能量状态，由于受激吸收跃迁光在两端镜间来回反射，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。 激光的四性：单色性、相干性、方向性、高亮度 因而高度集中的激光可以提供焊接、切割及热处理等功能 激光焊接特性 激光焊接属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。 激光束可由平面光学元件（如镜子）导引，随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上。 激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以防熔池氧化，填料金属偶有使用。 激光焊接示意图 二、激光焊接的优缺点 激光焊接的主要优点 （1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。 （2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。 （3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。 （4）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。 （5）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。 （6）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件。 （7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。 （8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制。 （9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。 （10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件。 （11）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属 （12）不需真空，亦不需做X射线防护。 （13）若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1 （14）可以切换装置将激光束传送至多个工作站。 激光焊接的主要缺点 （1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。 （2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。 （3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件，生产线上不适合使用激光焊接。 （4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。 （5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。 （6）能量转换效率太低，通常低于10%。 （7）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。 （8）设备昂贵。 三、激光焊接的工艺参数 激光焊接的工艺参数 一般激光焊接的工艺参数： (1)功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104～106W/CM2。 (2)激光脉冲波形。 (3) 激光脉冲宽度 (4) 离焦量 激光深熔焊接的主要工艺参数： 1)激光功率。 2)光束焦斑。 3)材料吸收值。 4)焊接速度。 5)保护气体。 6)透镜焦距。 7)焦点位置。 8)激光束位置。 9)焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制。 激光焊接基本接头形式 四、激光焊接的发展 单激光焊