激光焊接技术工程化应用学案.ppt

Page ? * 为进一步推动激光焊接技术的工程化应用，利用激光焊技术工艺特点，攻克不锈钢车辆气密性差、商品化质量有待提升的技术难题，实现激光焊接技术在高速客车领域应用的突破。四方股份公司已申报南车科技开发项目，计划开展干线不锈钢激光焊车体的研制工作，计划15年底完成车体的研制开发工作。 Page ? * 2.干线不锈钢激光焊车体研制 四、后续工作计划 Page ? * 致谢 感谢中国南车领导及各位专家对四方股份公司的指导和大力支持！ Page ? * * 结合轨道车辆产品的工艺特点介绍一下激光焊接技术，主要从XXX几方面： * 金属在激光的照射下被迅速加热，其表面温度在极短时间内升高到沸点，使金属熔化和气化。当金属气化时，所产生的金属蒸气以一定的速度离开熔池，金属蒸气逸出对熔化的液态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面向下凹陷，在激光光斑下产生一个小凹坑。光束在小孔底部继续加热气化时，所产生的金属蒸气一方面压迫坑底的液态金属使小坑进一步加深，另一方面，向坑外飞出的蒸气将熔化的金属挤向熔池四周。这个过程进行下去，便在液态金属中形成一个细长的孔洞。当光束能量所产生的金属蒸气的反冲力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳定的孔（通常称之为匙孔）而进行焊接，称之为激光深熔焊。 * 光束特性由激光器决定，包括激光束的能量模式、功率密度、光斑直径以及波长等因素；材料特性包括材料化学成分、表面状态等因素；焊接特性包括焊接速度、聚焦位置、接头形式、装配间隙等因素；保护气体包括气体成分、流速、压力等参数。 * * BPP光束参数积=光斑半径（mm）X原场发散角（mrad）=（波长/π）XM2 光束传播系数K，光束衍射极限倍数M * 1、最初的不锈钢车体的结构多从碳钢车体而来，将碳钢车体的碳钢材料置换成不锈钢材料，而结构形式还停留在电弧焊连接的方式；因此最初的不锈钢车体以电弧焊工艺为主； 2、随着焊接技术的发展以及人们对不锈钢车体制造工艺理解的深入，我们意识到不锈钢车体电弧焊工艺带来的种种问题，逐步将电弧焊连接的结构形式改为电阻点焊及电阻缝焊的连接方式，以减少焊接变形、提升不锈钢车体的内在品质和商品化质量 3、随着点焊结构车辆在使用过程暴露出的问题，点焊的气密性差，辅助打胶工艺又不能实现永久密封，我们必须考虑高能焊接工艺解决不锈钢车体的连续密封焊接问题，未来不锈钢车体焊接工艺的发展为 第3部分，离散的焊点无法保证不锈钢车辆的气密性，也影响了不锈钢车辆舒适性，不锈钢车在高速干线客车以及动车的市场地位受到挑战。 激光焊接工艺有效弥补了电弧焊及点焊两种传统工艺存在的不足，主要优点如下： 具体试验流程见下图。 * Page ? * 日本川崎公司采用大功率的YAG固体激光焊接系统进行侧墙单元的焊接，采用柔软的光纤自激光发生器向激光头传输激光，因此激光头装在多关节的机器人臂上配合移动工装进行精确的位置控制和较大范围的焊接。 一：激光焊技术简介 4、轨道车辆典型激光焊接系统 Page ? * 激光器类型 CO2激光器 YAG激光器 波长（um） 10.6 1.06 光束质量BPP (mm.mrad) 3.75 2 光斑直径（mm） 0.2 0.15 焦距（mm） 300 300 体积重量 大 较小 传输光路 镜片传输 光纤传输 使用成本 高 较高 防护要求 工作区域四周封闭 工作区域全封闭 两种激光焊接系统进行对比。结论如下： CO2与YAG激光器的功率和光束质量均可满足不锈钢激光焊接的要求； CO2激光焊接系统体积重量较大，多采用龙门式；YAG激光焊接系统体积重量较小，设备采用关节式； CO2激光器波长为YAG波长的10倍，安全性高，防护要求低。 4、轨道车辆典型激光焊接系统 一：激光焊技术简介 Page ? * Page ? * 目前不锈钢车体制造工艺局限性 未来激光焊工艺的优越性 不锈钢车体焊接工艺发展历程 二、应用前景展望 Page ? * 二、应用前景展望 Page ? * 不锈钢车体焊接工艺发展历程 电弧焊工艺为主，辅以电阻点焊工艺 电阻点焊工艺为主，辅以电弧焊工艺 激光焊、等离子焊等高能密封焊接工艺与点焊工艺结合、辅以极少量电弧焊工艺 Page ? * Page ? * 目前不锈钢车体制造工艺局限性 不锈钢车体电弧焊: 电弧焊接变形大,焊后调修工作量 增加； 不锈钢反复调修造成晶间腐蚀，影 响不锈钢车体强度和耐腐蚀性； 电弧焊后外观效果较差，也一定程 度影响无涂装车体的商品化质量。 二、应用前景展望 Page ? * Page ? * 不锈钢传统制造工艺局限性