關(guan) 鍵詞：激光中心穿透熔化焊  液壓氣動夾緊機構  線焊與(yu) 圈焊互換軟件  Ramping焊接技術  蜂窩、通道及瓦楞板多功能焊接  夾持送料技術

1． 概述

（1） 激光焊接的意義(yi)

2001年以前，中國的換熱器板基本采用傳(chuan) 統的焊接方式，歐美等國較早使用了該項新技術，並且大量向中國出口由激光焊接後的換熱板及其罐體(ti) ，導致我國相關(guan) 企業(ye) 在競爭(zheng) 中處於(yu) 被動地位。蘇州領創激光科技有限公司技術團隊成功研製出高速度，高精度和高可靠性的大型激光板焊加工設備。

該設備是利用激光將上層薄形不鏽鋼板通過中心穿透熔化焊方式與(yu) 下層較厚或相同厚度的不鏽鋼板焊接在一起的先進加工工藝。被焊的上下板可以具有不同或相同的厚度，一般薄板小於(yu) 3mm，厚板小於(yu) 20mm。通過焊接可以成型蜂窩式夾套、板式換熱器等換熱罐體(ti) 和裝置。該工藝可以極大減小工人的勞動強度，無焊條損耗，無環境汙染。CNC控製有效地提高了製件的精度，焊縫光滑無雜質，強度高，均勻致密，焊後工件變形小，無需附加的打磨工作。材料利用率可達100%，加工效率成倍提高。另外通過專(zhuan) 用自動編程軟件控製，可方便地更換焊接圖樣，以滿足不同冷媒，耐壓和換熱需要。

（2）這類設備廣泛應用於(yu) 啤酒，化工製藥，製冰水等行業(ye) 。

2．影響激光焊接的主要工藝參數

（1）.激光光功率；一般要大於(yu) 形成小孔效應所需的臨(lin) 界功率。

（2.）能量密度：能量密度一般大於(yu) 10⁶W/cm²。

（3）.焊接速度：焊接速度主要與(yu) 激光功率有關(guan) ，在保證焊透和不焊穿的情況下，焊接速度隨功率增大而增大。

（4.）保護氣體(ti) ：主要有氬氣，氦氣和氮氣。氬氣使焊縫光滑均勻，氦氣能顯著增強焊透能力。

（5）.噴嘴係統：主要與(yu) 噴嘴直徑和嘴板距以及焦距有關(guan) 。噴嘴直徑大，氣壓高，則保護好，過大則容易汙染聚焦鏡。嘴板距大焊縫保護不好，過小則易於(yu) 導致噴嘴過熱和汙染鏡片。焦距過長，鏡片不易汙染，但能量密度小，焦距過小則容易損壞鏡片，但能量密度大，視光源種類和功率不同，一般選用焦長190至300毫米的聚焦鏡。

（6）.分段焊接時采用透鏡聚焦較好，這是因為(wei) 連續焊接時間短，不至於(yu) 因透鏡發熱導致透鏡變形從(cong) 而造成焦距變化或焦點漂移，使用透鏡聚焦能量密度也相對高，同時可實現氦氣與(yu) 氬氣保護氣體(ti) 同軸噴出，焊透效果也好，但金屬汽化後的反濺容易汙染透鏡。若焊接長直線時則采用反射式拋物麵聚焦，焦距采用200MM，直接冷卻聚焦鏡，可實現長時間連續焊接，通過加裝隔離窗口鏡實現保護氣體(ti) 同軸噴出，能量密度相對較小，可達到類似的深熔焊效果。

在上層板厚1.2MM的情況下，如表2所示

3．設備的構成

激光焊接設備由激光器、機床主體(ti) 、冷卻係統、外光路導光係統、輔助氣體(ti) ，自動編程軟件，另外還有夾具等組成。其中主機部分由CNC控製係統，底座，龍門移動梁，Z軸聚焦係統，工作台以及伺服驅動的液壓、氣動夾鉗等組成。

   圖1 LEAD-WF型激光焊接設備

4．設備的技術參數

設備的主要技術參數如表1所示，工作台最大裝載板幅為(wei) 12000x2000MM

表2 mm

5．關(guan) 鍵技術

（1） 兩(liang) 層板料的夾緊技術

本機采用四缸同步液壓夾緊機構，將待焊接的兩(liang) 層板料嚴(yan) 密地壓實貼合在一起，確保間隙不大於(yu) 上層板厚的5%，若間隙在此範圍內(nei) 可實現焊接區快速有效的工作。該機構使前後壓料梁同步壓緊，使板料無移位，無變形，從(cong) 而保證了焊接區焦點的恒定，確保了焊接區各點的焊接質量的一致性。對於(yu) 薄板+薄板的焊接，焊接區采用特殊的微頂技術，有效消除板之間隙。

（2）．圈焊與(yu) 線焊的互換技術

該設備既可進行圈焊又可進行長直線的焊接，圈焊是在兩(liang) 壓緊梁壓緊板料於(yu) 焊接區內(nei) 實現的，焊接時板料不動，而線焊需要板料在CNC控製下移動V軸或W軸，焊槍不動，此焊接方式需要U軸跟隨，通過雙向前後壓料輪壓緊板料，使其貼合在下層板上，並使Z軸隨動而實現。該項功能基本滿足了啤酒製罐行業(ye) 的使用要求。

圖3  焊接工件模式

（3）．夾持送料及移動導向機構

由於(yu) 所焊接的板料寬2米且長達12米，該設備采用6組液壓夾鉗同時在板寬方向上夾持，夾鉗除具有夾緊工件功能外，還具有上下浮動機構，吸收由於(yu) 板料輸送過程中造成的振動誤差。伺服電機帶動精密減速機，采用齒輪齒條傳(chuan) 動方式驅動送料小車按CNC指令前後運動，實現板料的送進。鑒於(yu) 焊接後的變形導致材料漂移，另於(yu) 機床後部加裝一套移動導向裝置，確保焊接過程中高精度平穩運動。

（4）．CNC控製係統

各種工藝參數選定後，後續焊接工作完全由CNC自動控製。控製係統選用FAGOR80558055M數控係統，該係統采用模塊化結構,由中央處理單元、I/O接口、監控器/鍵盤麵板、伺服電源模塊、伺服驅動模塊和伺服電機組成。

其結構框圖如下：

圖4  CNC控製係統

（5）．Ramping 焊接技術應用

製罐行業(ye) 用蜂窩夾套板和換熱器板需要在鼓脹後通一具有一定壓力的冷媒，如水酒精和氨水等，因而要求焊縫既要美觀更要一定的強度，還要杜絕泄露或進水與(yu) 回水通道相串通。激光焊接可以方便地控製開關(guan) 光閘，但若起弧與(yu) 收弧控製不好極易造成焊不透或焊穿板料，該設備采用Ramping焊接技術，保證焊接起停階段的激光功率隨時間而隨意設定，通過計算封閉軌跡，推斷焊接速度與(yu) 時間的關(guan) 係，使搭接強度不低於(yu) 正常的焊接區域。例如：焊接一個(ge) 圓圈大約需要3秒鍾，從(cong) 起弧到收弧的軌跡長度正好對應p-t曲線，則下列時間—功率曲線就反映了Ramping焊接技術具體(ti) 應用。

6．激光焊接的步驟和方法

（1） 上料，找正使板邊與(yu) 運行方向一致；

（2） 根據所焊板料參數在編程軟件庫中編輯；

（3） 自動生成加工程序並傳(chuan) 給 CNC；

（4） 啟動CNC，並運行機床；

（5） 焊接完成下料；

7．結束語

（1） 該設備已成功應用於(yu) 化工,啤酒,製藥等行業(ye) ，焊接質量高，成本底，運行平穩，自動化程度高，加工效率高。

（2） 目前該設備可進行蜂窩夾套板、通道式夾套板和瓦楞板的疊加焊接，隨著市場需求的擴大，還可應用於(yu) 更廣泛的加工領域。

（3） 目前焊接質量還很難在線實時監測，隻能憑經驗通過聲音，光，顏色等的變化，待焊接後判斷，或通過事先設定參數做試板取得鼓脹壓力和流量的有關(guan) 數值符合行業(ye) 標準後再批量生產(chan) 。

(作者:宋維建  )