制造业不可阻挡的新技术-激光焊接机

激光焊接机是一种新型的焊接方式，它是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化。

中国的激光焊接处于世界先进水平，具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。 2013年10月，中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖–布鲁克奖，中国激光焊接水平得到了世界的肯定。

激光焊接机主要分类：按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动激光焊接设备）、自动激光焊接机、首饰激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机、振镜激光焊接机、手持式激光焊接机等，专用激光焊接设备有传感器焊机、矽钢片激光焊接设备、键盘激光焊接设备等。按激光器可分：YAG激光焊接机，半导体激光焊接机，光纤激光焊接。

对比传统的电阻焊、氩弧焊、电子束焊、等离子焊等，激光焊接有以下众多优点：
（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低；
（2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用；
（3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形皆可降至最低；
（4）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥；
（5）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）；
（6）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件；
（7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料；
（8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制；
（9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰；
（10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件；
（11）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属；
（12）不需真空，亦不需做X射线防护；
（13）若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1；
（14）可以切换装置将激光束传送至多个工作站

激光焊接机在各领域的发展
（1）激光焊接在汽车制造的应用
1）白车身激光焊接
汽车工业中的在线激光焊接大量用在白车身冲压零件的装配和连接上。主要应用包括车顶盖激光焊、行李箱盖激光钎焊及车架激光焊接。
另一项比较重要的车身激光焊接应用，是车身结构件（包括车门、车身侧围框架及立柱等）的激光焊接。采用激光焊的原因是可提高车身强度，并可解决一些部位难以实施常规电阻点焊的难题。
2） 不等厚激光拼焊板
车身制造采用不等厚激光拼焊板可减轻车身重量、减少零件数量、提高安全可靠性及降低成本。
3） 齿轮及传动部件焊接

20世纪80年代末，克莱斯勒公司的Kokomo分公司购进九台6kWCO2激光器，用于齿轮激光焊接，生产能力提高40%。90年代初，美国三大汽车公司投入40多台激光器用于传动部件焊接。奔驰公司经研究利用激光焊接代替电子束焊接，因为前者焊缝热影响区小。美国福特汽车公司用4。7kWCO2激光器焊接车轮钢圈，钢圈厚1mm，焊接速度为2。5m/min。该公司还采用带有视觉系统的激光焊接机，将六根轴与锻压出来的齿轮焊在一起，成为轿车自动变速器的齿轮架部件，生产率为200件/h。

（2） 激光焊接在造船及海洋工程方面的应用
许多轮船都是先制造出许多独立的局部组件结构单元，再在水中的船台上一个个进行组装。采用激光焊技术制造海洋建筑物局部组件非常合适，因为它结合了焊接切割自动化技术与激光技术。与弧焊方法相比，采用该技术可以大大提高生产率。
造船中，采用光纤激光技术，可以无需进行焊接边缘预处理和焊前或焊后热处理就能将部件焊接在一起。与弧焊相比，激光焊的焊接接头窄，热影响区小，而且没有传统弧焊方法中出现的由于弧吹或电极磨损引起的焊接缺陷。所以，接头采用光纤激光焊，可以实现新的焊接结构设计，这在以前是不可能实焊接接头比弧焊焊接接头更加经济， 质量更好。
（3） 激光焊接在飞机制造中的应用
激光束焊具有能量密度高，热影响区小，空间位置转换灵活，可在大气环境下焊接，焊接变形极小等优点。它主要应用于飞机大蒙皮的拼接以及蒙皮与长桁的焊接，以保证气动面的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术，如腹鳍和襟翼的翼盒，结构不再是应用内肋条骨架支撑结构和外加蒙皮完成，而是应用了先进的钣金成形技术后，采闲激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合，不仅产品质量好，生产效率高，而且工艺再现性好，减重效果明显。
激光焊也多见于薄壁零件的制造中，如进气道、波纹管、输油管道、变截面导管和异型封闭件。这些零件的传统焊接方法多采用微弧等离子弧焊，或者是小电流钨极氩弧焊。随着钛合金材料的大量使用，即便采用了这些低线能量的焊接技术，仍然由于薄壁材料引起的焊接变形超出公差范围和焊接缺陷的无法修复等原因，导致传统焊接工艺面临淘汰的命运。激光束焊接配以局部保护措施，非常适合焊接薄壁钛合金壳体零件。
（4）复合激光焊接的应用
复合激光焊技术结合了激光焊和传统气体保护焊（GMAW）两者的优点，激光焊能在较小的热输入量和小的焊接热影响区（HAZ）情况下获得较大的熔深；所附加的气保焊（GMAW）可以大大扩展接头根部间隙的大小，改善表面状态和杂质的允许量；提高根部间隙填充和成形质量以及加强对焊接冶金的控制。
（5） 激光焊接在医学上的应用
激光焊是用激光来加热， 所以它可以穿透透明介质， 能够焊到透明介质容器的里边去。这是其他焊接方法难以做到的。这种方法也被利用到医学里边，比方讲我们有些患者视网膜脱落，视网膜是在眼球的后面，视网膜脱落以后眼睛就会失明。利用激光的办法，透过眼球焊到眼球后面，把这个视网膜和眼球焊起来。这个已经是很成功的手术了。

激光焊接机已经进入各行各业，主要应用于卫浴行业、眼镜行业、五金行业、汽车行业、航空航天业、医疗行业、电子行业、家居、厨具卫浴、广告招牌等行业，逐渐取代传统的焊接方式。

激光焊接作为现代科技与传统技术的结合体，其相对于传统焊接技术而言，尤其独特之处并且本身的应用领域以及应用层面更加广泛，可以极大的提升焊接的效率和精度。其功率密度高、能量释放快，从而更好的提高了工作效率，同时其本身的聚焦点更小，无疑使得缝合的材料之间的黏连度更好，不会造成材料的损伤和变形。激光焊接技术的出现，实现了传统焊接技术所无法应用领域，其能够简单的实现不同材质、金属与非金属等多种焊接需求，并且因为激光本身的穿透性和折射性，使得其能够依据光速本身的运行轨迹，实现360 度范围内的随意焦，而这无疑是传统焊接技术发展下所无法想象的。除此之外，因为激光焊接能够在短时间内释放大量热量实现快速焊接，因而其对于环境要求更低，能够在一般室温条件下进行，而无需再在真空环境或是气体保护状态下。经过几十年的发展，人们对于激光技术的了解以及认知程度最高，其也从最初的军事领域逐步扩展到现代民用领域，而激光焊接技术的出现进一步拓展了激光技术的应用范围。未来激光焊接技术不仅仅能够用于汽车、钢铁、仪器制造等领域，其必然还可以在军事、医学等等更多的领域得到应用，特别是在医学领域，借助于其本身的高热量、高融合、卫生等特点，更好的在神经医学、生殖医学等临床诊治中应用。而其本身的精度优势也会在更多的精密仪器制造业中得到应用，从而不断造福人类以及社会的发展！！

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