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        試論激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景

        2019-11-30 00:46:36趙勁松
        市場(chǎng)周刊·市場(chǎng)版 2019年50期
        關(guān)鍵詞:激光焊接研究現(xiàn)狀應(yīng)用

        摘?要:文章從激光焊接技術(shù)的技術(shù)內(nèi)涵和工藝特點(diǎn)出發(fā)就激光焊接技術(shù)在激光器、等離子體控制和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)三個(gè)方面系統(tǒng)地進(jìn)行分析,并對(duì)激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行概括。根據(jù)激光焊接技術(shù)的特點(diǎn),對(duì)其未來發(fā)展方向做出了預(yù)測(cè)。

        關(guān)鍵詞:激光焊接;研究現(xiàn)狀;應(yīng)用;發(fā)展

        一、 激光技術(shù)的研究現(xiàn)狀

        (一)激光器的研究現(xiàn)狀

        目前,應(yīng)用較為廣泛且技術(shù)較為完善的激光器主要有CO2激光器、Nd∶YAG激光器和半導(dǎo)體激光器等。CO2激光器屬氣體激光器,其激光活性介質(zhì)為碳酸氣、氮?dú)?、氦氣等混合氣體,其中CO2為產(chǎn)生輻射的氣體,氫氣和氦氣為輔助性的氣體,發(fā)射光一般以連續(xù)的方式工作,波長(zhǎng)為10.6μm,電能轉(zhuǎn)化為光能的效率為10%~30%,其輸出功率一般為0.5~50kW;世界上第一臺(tái)激光器所用工作物質(zhì)為紅寶石。而Nd∶YAG激光器屬固體激光器,釔鋁石榴石(YAG)晶體中加有一定量釹離子(Nd3+是它的激光活性介質(zhì),發(fā)射光的工作方式為連續(xù)和脈沖,波長(zhǎng)為1.06μm,電能轉(zhuǎn)化為光能的效率為3%~10%,其輸出功率一般為0.1~5kW。Nd∶YGA激光器的電-光轉(zhuǎn)化效率比CO2激光器的低,材料對(duì)其光束吸收率高,對(duì)高反射效率的材料有較好的焊接效果,特別是Nd∶YAG激光器可用光纖運(yùn)輸,使得其與機(jī)器人加工系統(tǒng)匹配方便,這對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)有著重要的意義,因此在激光焊接中占據(jù)主要地位。雖然集中開發(fā)研制設(shè)備仍然是CO2激光器,但提高最大輸出功率已不在其中,而光束質(zhì)量及其聚焦性能的提高才是其核心。

        (二)等離子體控制的研究現(xiàn)狀

        等離子體是不同于固、液、氣的物質(zhì)第四態(tài),它的出現(xiàn)儼然成為激光技術(shù)面臨的最大問題。激光的高能量密度使金屬汽化,在空氣中當(dāng)汽化后的金屬與激光接觸,出現(xiàn)電離現(xiàn)象便產(chǎn)生了大量的等離子體。等離子體吸收、散射和折射激光束的特點(diǎn),使光斑聚焦位置偏離,焊接效果直接受到影響。因此,如何控制等離子體是激光優(yōu)化的最有效方式。

        二、 激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

        (一)制造業(yè)應(yīng)用

        激光焊接技術(shù)的運(yùn)用可以給汽車制造業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益,可以說汽車制造行業(yè)是激光焊接技術(shù)在制造業(yè)中最成功的應(yīng)用。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明,在21世紀(jì)初,全球范圍內(nèi)采用剪裁坯板激光拼焊技術(shù)生產(chǎn)的汽車生產(chǎn)鏈條近100條,年產(chǎn)汽車拼焊構(gòu)件坯板總數(shù)約7000萬件。國(guó)內(nèi)引進(jìn)車型passat,Buick等也運(yùn)用了激光焊接技術(shù),日本成功將YAG激光焊應(yīng)用于核反應(yīng)堆中蒸汽發(fā)生器細(xì)管的維修。

        (二)汽車工業(yè)應(yīng)用

        在20世紀(jì)80年代初,激光焊接技術(shù)被歐洲的volvo、Audi、MercedezBenz等汽車廠首次運(yùn)用到制作卡車底板、加工柱等,隨后激光焊接技術(shù)便成為提高汽車質(zhì)量,加工市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)新技術(shù)。日本豐田等汽車公司將激光焊接技術(shù)運(yùn)用到拼接坯板上后,材料的利用率由原來的40%增長(zhǎng)到65%,極大地提高了生產(chǎn)成本。

        (三)航空航天工業(yè)應(yīng)用

        由于激光焊接相對(duì)于電子束、等離子束和傳統(tǒng)的焊接方法具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),比如熱影響小、密封性好、適合在真空等特殊環(huán)境下進(jìn)行加工,因而激光焊接技術(shù)便成為激光在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用中最廣泛的技術(shù)之一。21世紀(jì)初期激光焊接技術(shù)應(yīng)用于A380大飛機(jī)機(jī)身的制作??罩锌蛙嚬居眉す夂附犹娲T接,使得機(jī)身減重20%,為激光焊接技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用做出了重大的貢獻(xiàn)。

        三、 激光焊接技術(shù)的最新發(fā)展

        (一)新型激光器的研發(fā)

        固體激光器和CO2激光器是當(dāng)今市場(chǎng)上應(yīng)用相對(duì)廣泛的激光器。CO2激光器的光束質(zhì)量好、消耗氣體少、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、成本低,而固體激光器的使用壽命長(zhǎng),但成本高。新研發(fā)激光器有準(zhǔn)分子激光器,其單光分子能量更好,并且能夠深入材料內(nèi)部微觀組織中進(jìn)行加工,在非放熱效應(yīng)下,材料的變形率小,這使得激光焊接水平可以大大提高。

        (二)雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)

        在激光雙焦點(diǎn)焊接中,通過聚焦頭的激光束聚焦到工件表面。獲得高質(zhì)量焊縫的關(guān)鍵是較好的激光聚集性。雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)可在被焊材料上形成兩個(gè)間距很小的焦點(diǎn),兩個(gè)焦點(diǎn)的疊加即可提高激光的聚集性和穩(wěn)定性。雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)不僅能使焊縫的深度提高,也可使焊接的速度加快,因而避免溶洞的出現(xiàn)等問題,現(xiàn)在已成為一種新的激光焊接技術(shù)。

        (三)復(fù)合激光焊接技術(shù)

        復(fù)合激光焊接技術(shù)是傳統(tǒng)的焊接技術(shù)與激光技術(shù)的結(jié)合,這種技術(shù)具備了二者的雙重優(yōu)點(diǎn)。發(fā)展較為顯著的復(fù)合激光焊接技術(shù)有激光—電弧焊接技術(shù),激光—電弧復(fù)合焊接技術(shù)既能充分表現(xiàn)出激光焊和電弧焊各自的優(yōu)點(diǎn)又能有效地避免各自的不足。它的特點(diǎn):電弧的加入延長(zhǎng)了焊縫凝固時(shí)間,稀釋了等離子,有效減少氣孔、裂紋等缺陷,激光與MIG電弧焊復(fù)合有效減少焊接裂紋傾向和提高焊縫的力學(xué)性能。復(fù)合激光焊接技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較大焊縫的焊接,并且使焊縫的韌性進(jìn)一步提升。

        四、 結(jié)語

        激光焊接技術(shù)有很多獨(dú)特優(yōu)勢(shì),如,能量密度高、焊縫窄、不需真空環(huán)境和不受導(dǎo)電材料制約等。激光焊接技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、服務(wù)業(yè)等基礎(chǔ)領(lǐng)域,而且還應(yīng)用于航天航空、生物醫(yī)學(xué)等高端領(lǐng)域。目前,激光焊接使用中已出現(xiàn)智能化,極大地推動(dòng)了高精尖焊接工藝在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展?,F(xiàn)在激光焊接技術(shù)已成功運(yùn)用到生物醫(yī)學(xué)上,未來很可能用到臨床檢測(cè)、手術(shù)等特殊行業(yè)中。激光器的研發(fā)、雙焦點(diǎn)激光焊接技術(shù)和復(fù)合激光技術(shù)是激光焊接新的發(fā)展方向。

        參考文獻(xiàn):

        [1]潘際鑾,鄭軍,屈岳波,等.激光焊接技術(shù)的發(fā)展[C]//第五屆全國(guó)計(jì)算機(jī)在焊接中的應(yīng)用學(xué)術(shù)與技術(shù)交流會(huì)論文集.南寧:中國(guó)焊接學(xué)會(huì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)委員會(huì),2008:1-4.

        [2]張文舉.淺析激光焊接技術(shù)的工藝與方法[J].黑龍江科技信息,2011(6):65.

        作者簡(jiǎn)介:趙勁松,男,河北保定人,研究方向:焊接工程。

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