閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
市場研究

大功率激光焊接技術的應用與發展

來源:聯贏激光2016-06-17 我要評論(0 )   

焊接是應用最廣泛、最重要的材料永久連接方法,在提高材料利用率、減輕結構重量、降低成本方麵獨具優(you) 勢。激光焊接則是近十年應用發展速度最快的焊接方法,其利用可聚焦...

焊接是應用最廣泛、最重要的材料永久連接方法,在提高材料利用率、減輕結構重量、降低成本方麵獨具優勢。激光焊接則是近十年應用發展速度最快的焊接方法,其利用可聚焦可調控的高能量密度激光束為熱源實現材料的熔化焊接。激光束方向性、單色性和相幹性極好,光強是普通光的1010倍,脈衝功率可達1014瓦,因此熱作用集中、焊接變形小,焊接結構製造精度高,柔性自動化實施性好,與機器人、工藝數據庫和專家係統管理等先進工藝模式有機結合,可實現數字化智能化製造,是現代裝備結構製造中不可或缺的關鍵技術,在汽車、船舶、高速列車以及航空航天結構中得到成功應用,其中汽車行業已將激光焊接確定為結構製造標準化工藝,激光焊接技術在國際上被視為最具發展潛力的先進焊接技術。

激光焊接應用的發展隨著激光、冶金、材料、力學、測控、信息、機電等學科的進步發展,是現代科學技術在材料加工領域應用的綜合體現,尤其是千瓦級以上的大功率激光焊接技術,幾乎與激光器的進步相伴。從20世紀80年代的CO2激光、YAG激光,已擴展出半導體激光、光纖激光,激光功率由1kW提高到100kW,典型焊接激光器的特點如表1所示,其中光纖激光焊接是目前激光焊接新工藝研究熱點。

激光焊接由於熱作用形式的不同、可適合產品對象也不同,所需解決的關鍵問題也是因需而異。激光焊接應用最廣的是薄壁結構焊接,在航空結構中最典型的是歐洲空客係列客機的鋁合金機身下壁板,這種以焊代鉚結構將減輕飛機機身重量近20%,降低製造成本約20%,已應用空客A318、A380和A340係列飛機的壁板結構焊接,其中壁板數量將達到18塊,焊縫總長度達到1000米。隨著航空結構應用需求的發展,激光焊接技術的一個應用發展是麵向中等厚度結構的激光複合熱源焊接技術,目的是拓展激光焊接技術應用範圍,解決未來裝備結構的中厚度結構高精高效焊接之需,其次是針對微納結構精密焊接的脈衝激光焊接,采用微秒、納秒等脈衝激光器解決銅鋁等異種金屬、金屬基複合材料、陶瓷等非金屬材料以及與航空結構相關的層疊材料(Glare)、碳纖維增強複合材料(CFRP)的焊接性問題。

目前美、歐等發達國家在軍工製造領域均發布國家計劃以推動先進激光焊接技術的研究和應用推廣。歐洲空客是航空製造企業第一家將激光焊接結構代替傳統鉚接結構應用於飛機鋁合金壁板和桁條的連接,未來還將應用於A350飛機壁板的焊接。激光焊接金屬夾層板在導彈艙體、大型飛機壁板、輕型艦船輕量化結構件製造中開始大量應用,與傳統實芯結構件相比,可使重量減輕50%以上,所需空間減少2/3。飛機的混合層流控製結構也是未來激光焊接技術應用的對象,德國已在開展這方麵的研究。新型鋁鋰合金是當今在飛機減重結構設計中可與複合材料競爭的金屬結構材料,歐盟的多家研究機構一直在開展鋁鋰合金壁板激光焊接技術的基礎研究,在Turboprop90pax減重項目中開展2198鋁鋰合金激光焊接技術的研究,歐盟的框架項目,如ECO-01-060、ECO-01-065、ECO-01-069等,均涉及鋁鋰合金激光焊接技術相關研究。歐美將鋁鋰合金激光焊接技術列為未來20年的研究計劃。在發動機結構方麵,美國普惠公司完成渦輪葉片所需部件的自動激光焊接。美國GE公司也已成功完成了發動機導向葉片組件的激光焊接,有效地解決了鎳基合金零件激光焊接變形與裂紋等問題。國外還在金屬間化合物、記憶合金等特殊材料激光焊方麵做了很多研究工作。

國內大功率激光焊接技術的研究最早是針對汽車板坯拚焊,目前已遍及各個領域。哈爾濱工業大學基於產學研聯合,麵向航天器中鈦合金、不鏽鋼輕量化構件開展了大量研究,建立了相關的激光焊接平台。哈爾濱焊接研究所、上海交通大學等重點開展了船舶結構激光焊接和激光電弧複合焊接技術的研究。北京航空製造工程研究所則以飛機結構激光焊接為核心,聯合華中科技大學、北京工業大學、西安交通大學等開展激光焊接基礎研究,通過十餘年的努力,已將激光焊接技術應用到飛機鈦合金腹鰭、壁板等結構。同時立足自主研發,建立起了CO2激光飛行光路四軸自動控製激光切割與焊接係統,YAG激光焊機械手自動焊接係統,隨著光纖激光的發展又建立了光纖激光多軸數控雙光束激光焊接平台,以及雙機器人雙光束激光焊接平台,在國內率先形成了具有多種大功率激光焊接的實驗和小批生產的設備體係。在基礎方麵,一方麵致力於新型材料的激光焊接工藝基礎研究以及焊接接頭性能、焊接熱效率等分析,如Ti3Al、Ti2AlNb、TiNi等金屬間化合物的激光焊接;另一方麵針對航空結構的鋁合金、鈦合金深入開展激光焊接工藝優化、缺陷控製與檢測、自動化控製,並在焊接冶金與力學性能開展了大量基礎性研究,不僅建立了激光焊接過程信號檢測係統進行等離子體特征、熔池行為與小孔特征的過程機理研究,而且開發了鈦合金激光活性劑焊接技術等發明專利。在行業內立足飛機構件鋁合金和鈦合金激光焊接,編製激光焊接相關工藝標準(HB)5份,未來還將逐步完善我國航空結構激光焊接工藝標準體係。

激光焊接也存在固有缺點:

(1)合金強化金屬激光焊接因凝固結晶易形成低熔共晶而導致焊接裂紋,如高強鋁合金;

(2)激光焊接過程的小孔動態不穩定易於(yu) 導致焊縫氣孔;

(3)激光光斑尺寸小,要求焊接部位的裝配精度很高;

(4)高反射材料激光焊接,激光反射不僅(jin) 易於(yu) 引起人員傷(shang) 害,而且易於(yu) 損害激光焊接設備,影響設備工作的可靠性。這些問題是國內(nei) 外激光焊接工程師一直致力於(yu) 的研究主題,從(cong) 利用激光焊接固有特性的工藝創新,到組合激光焊接工藝技術和激光複合熱源焊接技術的研究,激光焊接工藝向精密化、高效化方向發展;激光焊接裝備向智能化、信息化方向發展;焊接裝配向數字化、柔性化方向發展。

激光焊接技術發展的每一步涉及的都是新材料、新結構和新工藝,在克服已有工程問題的基礎上,又麵向新型材料、新型結構的焊接衍生出新的科學問題和工程問題。未來的飛機以及發動機更加強調長壽命、高機動性、低成本和損傷(shang) 容限設計,製造技術對輕量化、整體(ti) 化結構件製造、新型結構件精密製造、低成本高效新工藝的需求更強烈,激光焊接技術仍然將起著重要的作用,其發展趨勢是:

(1)高效、自動化、智能化的激光焊接,而且電子技術、自動控製技術、傳(chuan) 感檢測和信息處理等技術的發展,也為(wei) 焊接過程向柔性化、自動化、智能化的方向邁進提供有利的技術保障;

(2)全數字化激光焊接,包括焊接過程仿真、焊接質量監測、焊接結構力學的可靠性評價(jia) ,這將會(hui) 大大提高航空產(chan) 品的質量;

(3)一體(ti) 化集成複合型激光焊接,“一次裝夾,全部完工”的數控加工理念也正在引入焊接領域,傳(chuan) 統的單一功能焊接設備逐漸被複合型設備所取代,這些都必將對飛機、發動機製造業(ye) 產(chan) 生革命性的影響。

轉載請注明出處。

免責聲明

① 凡本網未注明其他出處的作品,版權均屬於(yu) fun88网页下载,未經本網授權不得轉載、摘編或利用其它方式使用。獲本網授權使用作品的,應在授權範圍內(nei) 使 用,並注明"來源:fun88网页下载”。違反上述聲明者,本網將追究其相關(guan) 責任。
② 凡本網注明其他來源的作品及圖片,均轉載自其它媒體(ti) ,轉載目的在於(yu) 傳(chuan) 遞更多信息,並不代表本媒讚同其觀點和對其真實性負責,版權歸原作者所有,如有侵權請聯係我們(men) 刪除。
③ 任何單位或個(ge) 人認為(wei) 本網內(nei) 容可能涉嫌侵犯其合法權益,請及時向本網提出書(shu) 麵權利通知,並提供身份證明、權屬證明、具體(ti) 鏈接(URL)及詳細侵權情況證明。本網在收到上述法律文件後,將會(hui) 依法盡快移除相關(guan) 涉嫌侵權的內(nei) 容。

網友點評
0相關評論
精彩導讀