激光及激光加电弧复合热源焊接技术的研究与应用.pdf

激光及激光 电弧复合热源焊接技术的研究与应用 + 一、概述 激光焊接技术在航空航天、造船、车辆制造等工业领域中的应用日趋广泛，仅就大功率激光焊接使用的设备而言， 目前主要采用的是气体激光器和固体激光器。固体激光器与气体激光器相比，其波长短，光束可通过光导纤维传 送，可与机器人和焊接专机配合，具有柔性自动化的特点，是焊接用激光器的发展方向。哈尔滨焊接研究所是我国 最早开展大功率固体激光焊接技术的研究机构。近几年来，哈尔滨焊接研究所紧跟国际前沿焊接技术，重点对大功 ( Nd : YAG) + + 率固体激光 电弧复合热源焊接技术进行研究与应用开发。为了推广激光及激光 电弧复合热源焊接技 术在我国生产领域中的应用，本文重点对哈尔滨焊接研究所进行的激光及激光+ 电弧复合热源焊接的研究成果及应 用情况进行简要介绍。 二、激光焊接技术的研究与应用 1. 激光焊接技术的研究 哈尔滨焊接研究所在20 世纪90 年代中期，引进了德国HAAS 公司2k W Nd : YAG 固体激光器，重点开展了基于神经 ( ) 网络的激光焊接参数对焊缝形状 主要是焊缝熔深 的预测研究，该方面的研究既可以根据不同的激光焊接参数预测 焊缝熔深，同时又可以根据不同的熔深给出有效的激光焊接参数，这对试验研究和生产具有重要的指导意义。 为了监测激光深熔焊接过程中的小孔稳定性，哈尔滨焊接研究所率先在国内开展了Nd : YAG 激光焊接过程同轴视觉 传感技术的研究。Nd : YAG 激光焊接过程同轴视觉传感系统不仅可以实现小孔状态的监测和研究，还可以基于对小 孔形态的监测实现焊缝熔深的检测和工件焊透与否的检测。焊缝熔深的检测值和实验值比较表明，工件未焊透时焊 缝熔深的检测误差一般不超过12 % ; 而在工件焊透后焊缝熔深的检测值则明显大于工件厚度。因此，基于工件焊透 后焊缝熔深的检测值和工件厚度的比较可以检测工件焊透的情况。图1为采用碳钢材料，激光功率1200W，焊接速度 1.8m/ min 2 ，激光焦距位于工件表面上时采集到的小孔同轴视觉图像，图 是在采集到的小孔同轴视觉图像的基础上 提取出的三维灰度图。 2. 激光焊接技术的应用 哈尔滨焊接研究所开发的激光焊接技术应用在民用制造领域主要是车辆制造业，主要应用的产品有汽车变速箱组合 ( 3) ( 齿轮焊接、变速箱齿轮与轴的焊接、轿车用汽车转向器助力油缸的焊接 见图 以及高级轿车车灯支架的焊接 见图 4) ; 等。其中轿车用汽车转向器助力油缸的焊缝形式为马鞍形焊缝 高级轿车车灯支架的焊缝形式为空间三维曲线焊 - 5 缝。采用激光 机器人三维空间焊接技术使空间三维焊缝的焊接变得轻松自如。图 为正在焊接中的高级轿车车灯支 架。 此外，哈尔滨焊接研究所还将激光焊接技术应用到不锈钢传送带的焊接，不锈钢电控开关柜的焊接，新型薄壁不锈 钢散热器的焊接( 见图6) 等民用产品制造领域。军用武器装备用精密仪器部件的焊接也是哈尔滨焊接研究所激光焊接 技术重要应用领域。 三、激光 电弧复合焊接技术的研究与应用 + 1. + 激光 电弧复合热源焊接技术研究 + “激光 电弧复合热源焊接” 是一种新型焊接方法，这种新型焊接方法既具备一般电弧焊的高适应性特点，又具备 激光作为焊接热源的大熔深、高速、低变形特点，它是近几年迅速发展起来的优质高效焊接技术。哈尔滨焊接研究 所激光+ 电弧复合热源焊接技术的研究开发主要针对大功率固体激光( Nd：YAG) + GMAW 电弧的复合，研究的方向 + MAG / Nd YAG + MIG - 主要有低碳钢激