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江蘇邱成機(jī)電有限公司
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江蘇邱成機(jī)電有限公司是一家集研發(fā)、工程、銷售、技術(shù)服務(wù)于一體的現(xiàn)代化企業(yè),是國內(nèi)自動化領(lǐng)域具競爭力的設(shè)備供應(yīng)商。公司主要經(jīng)營歐美和日韓 等發(fā)達(dá)國家的機(jī)電一體化設(shè)備、高精度分析檢測儀器、環(huán)境與新能源工業(yè)設(shè)備及電動工具等工控自動化產(chǎn)品。 

功率密度。 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10^4~10^6W/CM^2。

(2)激光脈沖波形。 激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題,尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面,金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi),金屬反射率的變化很大。

(3)激光脈沖寬度。 脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(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)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。

(4)離焦量對焊接質(zhì)量的影響。 激光焊接通常需要一定的離焦量,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,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,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬并出現(xiàn)部分汽化,形成高壓蒸汽,并以*的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。與此同時,高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時,材料內(nèi)部功率密度比表面還高,易形成更強(qiáng)的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)要求熔深較大時,采用負(fù)離焦;焊接薄材料時,宜用正離焦。

(5)焊接速度。焊接速度的快慢會影響單位時間內(nèi)的熱輸入量,焊接速度過慢,則熱輸入量過大,導(dǎo)致工件燒穿,焊接速度過快,則熱輸入量過小,造成工件焊不透。

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焊接特性 語音

屬于熔融焊接,以激光束為能源,沖擊在焊件接頭上。

激光束可由平面光學(xué)元件(如鏡子)導(dǎo)引,隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。

激光焊接設(shè)備和產(chǎn)品

激光焊接設(shè)備和產(chǎn)品(17張)

激光焊接屬非接觸式焊接,作業(yè)過程不需加壓,但需使用惰性氣體以防熔池氧化,填料金屬偶有使用。

激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復(fù)合焊,實(shí)現(xiàn)大熔深焊接,同時熱輸入量比MIG焊大為減小。傳感器密封焊接采用的方法有:電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等。

1. 電阻焊:它用來焊接薄金屬件,在兩個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。

2. 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。

3. 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。

4.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。

發(fā)展過程 語音

世界上的個激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒 所產(chǎn)生,因受限于晶體的熱容量,只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)10^6瓦,但仍屬于低能量輸出。

使用釹(ND)為激發(fā)元素的釔鋁石榴石晶棒(Nd:YAG)可產(chǎn)生1---8KW的連續(xù)單一波長光束。YAG激光,波長為1.06uM,可以通過柔性光纖連接到激光加工頭,設(shè)備布局靈活,適用焊接厚度0.5-6mm。

使用CO2為激發(fā)物的CO2激光(波長10.6uM),輸出能量可達(dá)25KW,可做出2mm板厚單道全滲透焊接,工業(yè)界已廣泛用于金屬的加工上。

20世紀(jì)80年代中期,激光焊接作為新技術(shù)在歐洲、美國、日本得到了廣泛的關(guān)注。1985年德國蒂森鋼鐵公司與德國大眾汽車公司合作,在Audi100車身上成功采用了塊激光拼焊板。90年代歐洲、北美、日本各大汽車生產(chǎn)廠開始在車身制造中大規(guī)模使用激光拼焊板技術(shù)。無論實(shí)驗(yàn)室還是汽車制造廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),均證明了拼焊板可以成功地應(yīng)用于汽車車身的制造。

激光拼焊是采用激光能源,將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進(jìn)行自動拼合和焊接而形成一塊整體板材、型材、夾芯板等,以滿足零部件對材料性能的不同要求,用最輕的重量、合適結(jié)構(gòu)和性能實(shí)現(xiàn)裝備輕量化。在歐美等發(fā)達(dá)國家,激光拼焊不僅在交通運(yùn)輸裝備制造業(yè)中被使用,還在建筑業(yè)、橋梁、家電板材焊接生產(chǎn)、軋鋼線鋼板焊接(連續(xù)軋制中的鋼板連接)等領(lǐng)域中被大量使用。

世界著名的激光焊接企業(yè)有瑞士Soudonic公司、法國阿賽洛鋼鐵集團(tuán)、德國蒂森克虜伯集團(tuán)TWB公司、加拿大Servo-Robot公司、德國Precitec公司等。

中國的激光拼焊板技術(shù)應(yīng)用剛剛起步,2002年10月25日,中條激光拼焊板專業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)線正式投入運(yùn)行,由武漢蒂森克虜伯中人激光拼焊從德國蒂森克虜伯集團(tuán)TWB公司引進(jìn)。此后上海寶鋼阿賽洛激光拼焊公司、一汽寶友激光拼焊有限公司等相繼投產(chǎn)。

2003年,國外實(shí)現(xiàn)了A318鋁合金下壁板結(jié)構(gòu)雙光束C02激光填絲焊和YAG激光填絲焊,它代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉚結(jié)構(gòu)減輕了飛機(jī)機(jī)身重量的20%,同時也節(jié)約了20%的成本。鞏水利認(rèn)定激光焊接技術(shù)將對我國傳統(tǒng)航空制造業(yè)改造升級產(chǎn)生重大意義。隨后他立即申請多項(xiàng)相關(guān)預(yù)研課題,組織攻關(guān)團(tuán)隊(duì),在國內(nèi)*將“雙光束激光焊接"技術(shù)引入到課題研究中,并且從一開始就醞釀要將這項(xiàng)技術(shù)用到飛機(jī)制造中。中國專家團(tuán)隊(duì)向某飛機(jī)設(shè)計所交底初步技術(shù),向他們推介雙光束激光焊接的*性和可行性。該設(shè)計所經(jīng)多方考證和評估,毅然決定將該技術(shù)用于某飛機(jī)帶筋壁板的制造,實(shí)現(xiàn)了最初要把“雙光束激光焊接"技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)制造的目標(biāo),突破了輕質(zhì)合金激光焊接填絲精度控制等關(guān)鍵技術(shù),集成創(chuàng)新研制了雙光束激光填絲復(fù)合焊接裝置,建立了國內(nèi)大功率雙光束激光填絲焊接平臺,實(shí)現(xiàn)了大型薄壁結(jié)構(gòu)T型接頭雙光束雙側(cè)同步焊接,并次成功應(yīng)用于航空帶筋壁板關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的焊接制造中,在我國新型飛機(jī)研制中發(fā)揮了重要作用。

2003年 由華工激光提供的*臺大型帶材在線式

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焊接成套設(shè)備通過離線驗(yàn)收。該設(shè)備集激光切割、焊接和熱處理于一身,使我國華工激光成為四家能夠生產(chǎn)此類設(shè)備的企業(yè)。

2004年 華工激光法利萊“高功率激光切割,焊接及切焊組合加工技術(shù)與設(shè)備"項(xiàng)目獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎,成為國一具備該項(xiàng)技術(shù)與設(shè)備研制能力的激光企業(yè)。

隨著工業(yè)激光產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,市場對激光加工技術(shù)的要求越來越高,激光技術(shù)已從單一應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向多元化應(yīng)用,激光加工方面不再是單一的切割或者焊接,市場對激光加工要求切割和焊接一體化的需求也越來越多,激光切割和激光焊接的切焊一體化激光加工設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生。

華工激光法利萊研究開發(fā)Walc9030切焊一體機(jī),9×3米超大幅面,是目前幅面的激光切焊一體化設(shè)備。Walc9030是集成了激光切割與激光焊接功能于一體的大幅面切焊設(shè)備,設(shè)備具有專業(yè)的切割頭和焊接頭,兩個加工頭共用一個橫梁,用數(shù)控技術(shù)保證其不會互相干涉,設(shè)備能夠完成同時需要切割與焊接兩道工序。先切后焊,先焊后切,激光切割、焊接輕松進(jìn)行切換,一臺設(shè)備,兩種功能,而不用另外添置新的設(shè)備,為應(yīng)用廠家節(jié)約了設(shè)備成本,提高了加工效率和加工范圍,而且由于切焊一體,加工精度得到了*的保障,設(shè)備性能高效穩(wěn)定。 此外,它攻克了超大板材拼焊過程中板材易產(chǎn)生熱變形和如何保持超長飛行光路穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)的難關(guān),可以將兩塊長6米寬1.5米的平面板材一次性焊接完成,焊后表面光滑平整,無需其他后續(xù)加工。同時可以切割寬3米長度6米以上的20mm以下的板材,一次成型,無需二次位。

中科院沈陽自動化研究所與日本石川島播磨重工株式會社進(jìn)行國際合作,遵循國家引進(jìn)消化后再創(chuàng)新的科技發(fā)展戰(zhàn)略,攻克激光拼焊若干個關(guān)鍵技術(shù),于2006年9月開發(fā)出一套激光拼焊成套生產(chǎn)線,并成功開發(fā)了機(jī)器人激光焊接系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了平面和空間曲線的激光焊接。

2013年10月,中國焊接專家獲得了焊接領(lǐng)域?qū)W術(shù)獎--布魯克獎。英國焊接研究所(TWI)每年從來自120多個國家的4000余會員單位中推薦提名,最終將該獎項(xiàng)授予一位專家,以表彰其在焊接或連接科學(xué)技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域做出的越貢獻(xiàn)。這次獲獎不僅是對鞏水利及其團(tuán)隊(duì)的認(rèn)可,也是對中航工業(yè)推動材料連接技術(shù)進(jìn)步的肯定。

優(yōu)缺點(diǎn) 語音

優(yōu)點(diǎn)

(1)可將入熱量降到的需要量,熱影響區(qū)金相變化范圍小,且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦低;

(2)32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格,可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用;

(3)不需使用電極,沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程,機(jī)具的耗損及變形皆可降至低;

(4)激光束易于聚焦、對準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引,可放置在離工件適當(dāng)之距離,且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引,其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮;

(5)工件可放置在封閉的空間(經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下);

(6)激光束可聚焦在很小的區(qū)域,可焊接小型且間隔相近的部件;

(7)可焊材質(zhì)種類范圍大,亦可相互接合各種異質(zhì)材料;

(8)易于以自動化進(jìn)行高速焊接,亦可以數(shù)位或電腦控制;

(9)焊接薄材或細(xì)徑線材時,不會像電弧焊接般易有回熔的困擾;

(10)不受磁場所影響(電弧焊接及電子束焊接則容易),能精確的對準(zhǔn)焊件;

(11)可焊接不同物性(如不同電阻)的兩種金屬;

(12)不需真空,亦不需做X射線防護(hù);

(13)若以穿孔式焊接,焊道深一寬比可達(dá)10:1;

(14)可以切換裝置將激光束傳送至多個工作站。

缺點(diǎn)

(1)焊件位置需非常精確,務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi);

(2)焊件需使用夾治具時,必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對準(zhǔn);

(3)可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的工件,生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接;

(4)高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等,焊接性會受激光所改變;

(5)當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時,需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除,以確保焊道的再出現(xiàn);

(6)能量轉(zhuǎn)換效率太低,通常低于10%;

(7)焊道快速凝固,可能有氣孔及脆化的顧慮;

(8)設(shè)備昂貴。

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為了消除或減少激光焊接的缺陷,更好地應(yīng)用這一優(yōu)秀的焊接方法,提出了一些用其它熱源與激光進(jìn)行復(fù)合焊接的工藝,主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應(yīng)熱源復(fù)合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施,如激光填絲焊(可細(xì)分為冷絲焊和熱絲焊)、外加磁場輔助增強(qiáng)激光焊、保護(hù)氣控制熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。

憑借專業(yè)*的技術(shù)與商務(wù)團(tuán)隊(duì), 公司在為客戶帶來優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的同時還可提供自動化工程技術(shù)服務(wù)及成套解決方案。

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