一、概述

    激光焊接技術在航空航天、造船、車輛制造等工業領域中的應用日趨廣泛,僅就大功率激光焊接使用的設備而言,目前主要采用的是氣體激光器和固體激光器。固體激光器與氣體激光器相比,其波長短,光束可通過光導纖維傳送,可與機器人和焊接專機配合,具有柔性自動化的特點,是焊接用激光器的發展方向。哈爾濱焊接研究所是我國最早開展大功率固體激光焊接技術的研究機構。近幾年來,哈爾濱焊接研究所緊跟國際前沿焊接技術,重點對大功率固體激光( Nd : YAG) + 電弧復合熱源焊接技術進行研究與應用開發。為了推廣激光及激光+ 電弧復合熱源焊接技術在我國生產領域中的應用,本文重點對哈爾濱焊接研究所進行的激光及激光+ 電弧復合熱源焊接的研究成果及應用情況進行簡要介紹。

    二、激光焊接技術的研究與應用

    1. 激光焊接技術的研究

    哈爾濱焊接研究所在20 世紀90 年代中期,引進了德國HAAS 公司2k W Nd : YAG 固體激光器,重點開展了基于神經網絡的激光焊接參數對焊縫形狀( 主要是焊縫熔深) 的預測研究,該方面的研究既可以根據不同的激光焊接參數預測焊縫熔深,同時又可以根據不同的熔深給出有效的激光焊接參數,這對試驗研究和生產具有重要的指導意義。

    為了監測激光深熔焊接過程中的小孔穩定性,哈爾濱焊接研究所率先在國內開展了Nd : YAG 激光焊接過程同軸視覺傳感技術的研究。Nd : YAG 激光焊接過程同軸視覺傳感系統不僅可以實現小孔狀態的監測和研究,還可以基于對小孔形態的監測實現焊縫熔深的檢測和工件焊透與否的檢測。焊縫熔深的檢測值和實驗值比較表明,工件未焊透時焊縫熔深的檢測誤差一般不超過12 % ; 而在工件焊透后焊縫熔深的檢測值則明顯大于工件厚度。因此,基于工件焊透后焊縫熔深的檢測值和工件厚度的比較可以檢測工件焊透的情況。圖1為采用碳鋼材料,激光功率1200W,焊接速度1.8m/ min,激光焦距位于工件表面上時采集到的小孔同軸視覺圖像,圖2 是在采集到的小孔同軸視覺圖像的基礎上提取出的三維灰度圖。

 

    2. 激光焊接技術的應用

    哈爾濱焊接研究所開發的激光焊接技術應用在民用制造領域主要是車輛制造業,主要應用的產品有汽車變速箱組合齒輪焊接、變速箱齒輪與軸的焊接、轎車用汽車轉向器助力油缸的焊接( 見圖3) 以及高級轎車車燈支架的焊接( 見圖4) 等。其中轎車用汽車轉向器助力油缸的焊縫形式為馬鞍形焊縫; 高級轎車車燈支架的焊縫形式為空間三維曲線焊縫。采用激光- 機器人三維空間焊接技術使空間三維焊縫的焊接變得輕松自如。圖5為正在焊接中的高級轎車車燈支架。

    此外,哈爾濱焊接研究所還將激光焊接技術應用到不銹鋼傳送帶的焊接,不銹鋼電控開關柜的焊接,新型薄壁不銹鋼散熱器的焊接( 見圖6) 等民用產品制造領域。軍用武器裝備用精密儀器部件的焊接也是哈爾濱焊接研究所激光焊接技術重要應用領域。

 

    三、激光+ 電弧復合焊接技術的研究與應用

    1. 激光+ 電弧復合熱源焊接技術研究

    “激光+ 電弧復合熱源焊接” 是一種新型焊接方法,這種新型焊接方法既具備一般電弧焊的高適應性特點,又具備激光作為焊接熱源的大熔深、高速、低變形特點,它是近幾年迅速發展起來的優質高效焊接技術。哈爾濱焊接研究所激光+ 電弧復合熱源焊接技術的研究開發主要針對大功率固體激光( Nd:YAG) + GMAW 電弧的復合,研究的方向主要有低碳鋼激光+ 短路過渡MAG 電弧復合熱源焊接特性、鋁/ 鋼大光斑Nd:YAG激光+ 脈沖MIG 復合熱源高效熔- 釬焊接技術和高強鋁合金大功率固體激光( Nd: YAG) + 脈沖MIG 電弧復合熱源焊接技術等。

    ( 1) 低碳鋼激光+ MAG 短路電弧復合熱源焊接特性研究表明,單獨的短路MAG 電弧焊在較小的焊接電流(30 ~60A) 和較高的焊接速度下(> 1.5m/ min) ,很難獲得穩定的焊接過程。圖7 為短路過渡MAG 電弧焊,當電弧電壓16V,焊接電流50A,焊接速度1.5m/ min時的電壓電流波形圖。在此短路過渡電弧的基礎上加入激光,且激光功率超過900 W,位于深熔焊模式區,在高速焊接的條件下也可以獲得穩定的短路過程。圖8 為電弧電壓為16V,焊接電流50A,焊接速度1.5m/ min,激光功率1200 W復合焊接時電壓、電流波形圖。小電流短路MAG電弧與大功率激光復合<

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