为您提供全方位激光加工装备与工艺技术,行业专业解决方案!                                                                         返回首页       联系我们         

1. 激光焊接与激光-电弧复合焊接基本原理及特点

 

激光焊接是利用高能量密度激光束迅速加热工件、熔化材料、实现材料连接的熔焊技术。通过激光与物质相互作用过程中形成的“小孔”,激光焊接能够获得晶粒细小、深宽比很大的焊接接头,且具有作用时间短、效率高、变形小、接头质量优良和焊接精度高的特点

 

激光焊接示意图及焊缝形貌

 

激光-电弧复合焊接工艺是由不同形式的激光热源,如CO2、YAG激光等和不同类型的电弧热源,如TIG、MIG/MAG、PAW等通过旁轴或同轴方式相结合,共同作用于工件同一位置实现金属材料连接的焊接过程,其原理如图所示。通过集成物理性质、能量特性截然不同的两种热源,激光-电弧复合焊接同时具备激光和电弧焊接的优点,具有1+1>2的效果。具体优势如下:同电弧和激光相比,焊接熔深更大,焊接速度更快,接头性能更好。下图为其和单独激光和电弧焊接的焊缝成形对比。同单一激光焊接相比,接头间隙桥接能力、高反射率金属焊接能力和缺陷抑制能力更强。同传统电弧焊接相比,焊接变形更小。

 

激光-电弧复合焊接原理图

电弧、激光及复合焊缝截面形貌对比

 

2. 多功能全固态激光焊接设备

 

 

(1)系统构成

 

  • 全固态激光器(根据不同焊接需求,可选配光纤、Disc、Nd:YAG或二极管激光器)及配套水冷机组;
  • 高精度机器人、外部滑轨、变位机多轴(≥8)加工平台;
  • PLC总控系统;
  • 透射式聚焦激光焊接头(或一体式激光-电弧复合焊接头);
  • 光纤传输外光路系统;
  • 专用的焊接工装夹具;
  • 脉冲MIG电弧焊机(用于激光-电弧复合焊接);
  • 焊缝跟踪系统(选配);
  • 透射式激光切割头(选配)。

(2)应用领域


  • 汽车车身的三维激光焊接;
  • 家电、工程机械、汽车、化工领域中复杂结构件的三维激光焊接;
  • 汽车不等厚板激光拼焊及齿轮轴、排气管、拨叉件、安全气囊等零部件的激光焊接;
  • 冶金领域的板带激光在线拼焊;
  • 常用管材、箱体、型材及结构件的高质量激光焊接及激光-电弧复合焊接。

(3)主要特点


  • 机器人多轴(≥8)联动系统结构好,配置优,精度高,速度快;高精度机器人和焊接工艺专家系统有机配合,精度高,速度快,质量好。工业机器人系统界面友好,功能强大,操作方便,具有方便的运动轨迹示教功能;
  • 加工空间尺寸大,适用面广,可进行大型平面结构的激光拼焊、大型复杂结构件的激光三维切割和焊接;
  • 激光聚焦头采用透射式聚焦激光焊接头,气体保护,调节迅速,定位精确;配置良好的冷却装置和抽风除尘装置,激光传输稳定,镜片使用时间长;
  • 双工位设计(缩短产品生产周期),加工范围和焊接工装可根据工件需求配套设计;
  • 可加工材料范围:合金钢、不锈钢(接头强度不低于母材);轻金属(镁、铝、钛),其中钛合金接头强度高于母材,铝合金强度系数≥0.75,镁合金强度系统≥0.85; 异种金属(铝-钢、铝-钛、铝-铜等);
  • 焊缝成形美观、深宽比大、热影响区小、焊接接头强度高、质量稳定且高效率;
  • 可实现激光-电弧复合焊接功能(需另购部件),进一步扩大可焊范围、提高焊接质量和效率;
  • 后续扩展功能多,操作性好,优化方便:提供后续功能扩展及工艺开发支持,可选配机构加工监测、跟踪等附属设备,通过选配功能件可提高焊接精度并实现激光切割功能。

(4)主要技术指标


激光器类型(可选)

全固态激光器(光纤、Disc、Nd:YAG或二极管可选)

激光器功率配置(可选)

2-10kW

控制系统

PLC总控 或机器人主控

机器人运动轴

6(垂直多关节型)

外部轴

直线滑轨、焊接变位机,

加工范围

机器人最大工作半径可达2033 mm,配合外部轴后加工长达可达10米以上

加工精度(重复定位精度)

≤70μm

焊接头

透射式聚焦激光焊接头或一体式激光-电弧复合焊接头

专家数据库

配备

抽风除尘装置

配备

稳定性

24小时连续工作无故障。

 

3. 多功能激光-电弧复合焊接设备

 

 

(1)系统构成

 

高功率CO2激光器及配套水冷机组;

  • 悬臂式大型加工平台及外光路传输系统;
  • 五轴四联动西门子802D或804D数控系统;
  • PLC总控系统;
  • 全反射聚焦激光焊接头(或一体式激光-电弧复合焊接头);  
  • 专用的焊接工装夹具;
  • 脉冲MIG电弧焊机(实现激光-电弧复合焊接功能);
  • 焊缝跟踪系统(选配);
  • 透射式激光切割头(选配)。  

 

(2)产品特点

 

采用先进技术制造的CO2激光器,具有及其高的光电转换效率,最佳的光束质量和高稳定性。低消耗、低运行成本,集成化程度高;

  • 拥有高质量的部件和良好的结构,保证了设备的稳定性。该机型选用德国Siemens公司的控制系统和直线电机驱动系统、高精度直线导轨,具有高速度、高精度、高可靠性;
  • 全反射或透射式聚焦激光焊接头,外光路全封闭,激光传输稳定,镜片使用寿命长,加工稳定性好;
  • 德国西门子802D数控系统,具有故障自诊功能,保证设备安全运行;
  • 机床加工范围和焊接工装可根据工件需求配套设计;
  • 双工位设计(缩短产品生产周期),加工范围和焊接工装可根据工件需求配套设计;
  • 可加工材料范围:合金钢、不锈钢(接头强度不低于母材);轻金属(镁、铝、钛),其中钛合金接头强度高于母材,铝合金强度系≥0.75,镁合金强度系统≥0.85; 异种金属(铝-钢、铝-钛、铝-铜等);
  • 焊缝成形美观、深宽比大、热影响区小、焊接接头强度高、质量稳定且高效率;
  • 可实现激光-电弧复合焊接功能(需另购部件),进一步扩大可焊范围、提高焊接质量和效率。
  • 后续扩展功能多,操作性好,优化方便:提供后续功能扩展及工艺开发支持,可选配机构加工监测、跟踪等附属设备,通过选配功能件可提高焊接精度并实现激光切割功能。

 

(3)主要性能指标


激光器类型(可选)

SLAB 或 轴快流CO2激光器

激光器功率配置(可选)

3-8 kW

外光路

全封闭设计

焊接头

全反射聚焦激光焊接头或一体式激光-电弧复合焊接头

数控系统和伺服

西门子802D,611D

机床加工范围

800mm×1700mm×600mm(可配套设计)

X、Y、Z轴定位精度

±0.03/1000 mm

重复定位精度

±0.02 mm

工件移动速度

X轴、Y轴≤8000mm/min,Z轴≤5000mm/min

稳定性

24小时连续工作无故障。

 

(4)应用领域

 

汽车不等厚板激光拼焊。

  • 汽车齿轮轴、排气管、拨叉件、安全气囊等零部件的激光焊接;
  • 冶金领域的板带激光在线拼焊;
  • 家电、工程机械、化工领域中的常用管材、箱体、型材及结构件的高质量激光焊接及激光-电弧复合焊接。

 

4. 激光焊接及激光-电弧复合焊接设备典型应用

 

(1)九连敦破损编钟的形、声修复

 

 

(2)平面及回转结构件的激光焊接或激光-电弧复合焊接

 

采用激光焊接对各种材料的平面或回转结构件进行焊接,具有高焊速、无变形、焊缝纫、质量高和易于实现自动化等特点,现广泛应用于各个行业,特别是汽车行业。激光焊接能进行无接触的单边焊,可减少凸边宽度和重量,提高材料利用率,激光焊接热影响区小、变形小、能增加轿车结构强度,提高轿车生产的自动化程度。

 

汽车排气管激光焊接

不锈钢管材激光焊接

 

优点:

 

激光焊接工艺先进,能提高焊接质量,其焊接接头强度高,可以达到与母材等强度
激光焊接设备性能稳定、重复性好、可靠性高,焊接接头美观
由于激光焊接的平整,被焊工件在生产过程中不会损伤其它部件

 

(3)不等厚板激光拼焊

 

不等厚板激光焊接可以将不同材料不同厚度的金属板材焊接起来,在汽车制造中得到广泛的应用,可有效地节省材料、降低车身重量,降低成本、降低油耗,从而获得很大的经济效益。

 

汽车不等厚板激光焊接

铝合金不等厚板激光复合焊

汽车配件不等厚板激光焊接

 

优点:

 

降低了整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率
减少了外围加强件数量,简化了装配步骤及工艺
车辆的碰撞能力增强,冲压成型率及抗腐能力提高

 

(4)复杂结构件、大型结构件的三维激光焊接(全固态激光焊接机)

 

采用HUST-SLW多功能全固态激光(Solid-state Lasers)焊接机可进行复杂结构件、大型结构件的三维激光焊接,系统主机采用八轴联动机器人,运行速度快,精度高,同时支持外部轴,这为三维空间零件的焊接切割提供了有力的保证;该设备功能多,操作性佳,安全系数高。

 

激光-电弧复合焊接输油管道现场

激光-电弧复合焊接船舶甲板现场

汽车拨叉光纤激光三维焊接

 

优点:

 

通过机器人示校功能、配合滑轨和焊接变位机能迅速完成三维复杂曲线的准确定位。光纤激光传输使激光束能轻易满足三维零件的全方位焊接需求;
激光焊接效率高、变形小,能减少焊接工序,轻易实现复杂三维零件的高质量、高精度焊接,且接头机械性能优良;
利用激光-MIG复合焊接可进一步降低工件装夹精度和变形要求,提高焊接效率,且能提高焊接质量。

 

(5)激光模具修补焊接

 

通过激光修补,可以将原来的模具重新利用,大大节约了生产成本和提高了工作效率。激光模具焊接机适用于如数码产品、手机、玩具、汽车、摩托车等模具制造和成型行业,可修补的材料包括: 高合金钢、含镍工具钢、铜合金、高韧铝合金等。

 

模具激光补焊

手机外壳激光焊接

 

优点:

 

焊接点直径小,受热范围小,焊后不出现气孔、塌陷、热应变及金相组织变化的现象,极大减小焊后处理工序;
热影响区小,模具不变形、不变色,氧化效应极低;
焊接深度大,焊接牢固;溶化充分,不留修补痕迹;
溶池溶料凸起部份与基体结合处无凹陷现象。

 

(6)齿轮及零部件激光焊接

 

齿轮焊接可以大幅度降低齿轮的制造成本,因此,在汽车工业中早已广泛应用。与传统焊接工艺相比,激光焊接齿轮无需在真空中进行,而且可避免焊接变形,保证了焊接后的齿轮无需再精加工。激光焊接变形小,节省材料,焊缝外观好的特点复合汽车小型零配件的激光焊接需求,可应用于汽缸垫,喷油嘴,火花塞,ABS等等。

 

汽车齿轮激光焊接

差速器冠状齿轮激光焊

齿轮焊接成品图

气缸垫片激光焊接

 

优点:

 

齿轮及零部件激光焊接无需在真空中进行,简化工艺步骤,减少设备投入
可避免焊接变形,保证了焊接后的工件无需再精加工
焊缝处具有相当或优于母材的综合机械性能

 

(7)锯片刀头激光焊接

 

采用激光焊接金刚石圆锯片,由于焊接过程中注入工件的能量高度集中、作用时间极短,故工件热变形小,易于保证锯片的尺 寸精度;而且,激光焊接过程易于实现自动化,有利于减轻劳动强度。激光焊接具有加热和冷却速度快的特点,有利于获得均匀细化的焊缝组织,从而能大大提高金刚石锯片的结合强度,保证使用安全可靠。

 

圆锯片激光焊接

锯片刀头激光焊接

 

优点:

 

高效、快速焊齿,重复性好, 每一齿都有良好的重复性;
加热快速, 均匀, 可有效防止锯齿局部过热引起的脆化和断裂,还可防止未焊透引起的掉齿等不良现象;
可焊接高性能, 高硬度锯齿的锯片, 这些锯片用电阻焊无法焊。