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激光焊接技術(shù)范文第1篇

【作者單位】：浙江萬亨機械制造公司新技術(shù)研發(fā)車間

【關(guān)鍵詞】：數(shù)控激光焊接機組成 原理 工藝

中圖分類號： P755.1 文獻標識碼： A 文章編號：

當前我國已經(jīng)成為名副其實的工業(yè)大國，鈑金行業(yè)的發(fā)展勢頭很迅猛，在市場中占有的地位和分量也越來越重要，不僅給我們的企業(yè)帶來了龐大的經(jīng)濟利益，也給我們居民的生產(chǎn)和生活帶來了便利。這個跟我們生活密切相關(guān)的相對金屬機加工比重僅占20%-30%的行業(yè)，將會隨著工業(yè)的發(fā)展扮演著重要的角色。提到鈑金大家都會想到板材的折彎、沖壓和激光切割，因為他們是鈑金車間必備的三大設(shè)備。然而僅這些設(shè)備已經(jīng)不能滿足高端產(chǎn)品的生產(chǎn)能力了，當生產(chǎn)能力需求提高，精度要求提高，加工難度增加及特殊產(chǎn)品性能的需求，更重要的是可觀的利潤，那么便產(chǎn)生了數(shù)控激光焊接。

現(xiàn)代激光焊接主要用機汽車鈑金行業(yè)，一些特殊行業(yè)及加工要求高的地方。數(shù)控激光焊的產(chǎn)生源機制造，比起傳統(tǒng)的焊接技術(shù)，激光焊接擁有精度高，無需焊材等顯著優(yōu)勢，通過激光焊接技術(shù)中國的空客A380節(jié)省了鉚釘重20噸之多，這20噸載重全部換成了座位數(shù)，使得能耗大幅降低。轎車的車身框架通過激光焊接出完美的外觀，壓力容器的薄板焊接從而達到意想不到的效果等等，數(shù)控激光焊接在鈑金行業(yè)中將扮演著重要的角色。

既然有著重要的角色，那么利潤也是可觀的，在鈑金加工中，當前市場上沖壓加工可以達到30%左右，激光切割大約50%，然而物以稀為貴激光焊接利潤在100-150%以上，隨著市場的進步，我相信激光焊接在鈑金加工中的市場份額將會越來越大。

數(shù)控激光焊接機的組成，首先從機械機構(gòu)上來看，它有著和常規(guī)數(shù)控機床一樣的CNC電器控制系統(tǒng)，機械床身結(jié)構(gòu)，液壓氣壓傳動及毛坯定位裝置等。然而不同的就是他的刀具系統(tǒng)了，傳統(tǒng)的數(shù)控機床用的不同規(guī)格的刀具，而數(shù)控焊接機床的刀具僅為大功率激光發(fā)射器，它是激光焊接設(shè)備關(guān)鍵部分，區(qū)別與其他機床的核心部分。

CNC電器控制部分，通過電路與可編程控制器PLC來完成，所有的用于生產(chǎn)的簡單的數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)可以通過開關(guān)的形式安裝于操作面板，以便于操作師傅，方便的調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)來實現(xiàn)一些加工功能，比如對不同厚度板材的加工及不同產(chǎn)品陣列孔距的參數(shù)調(diào)節(jié)等。

機械床身結(jié)構(gòu)部分，根據(jù)不同的需求來制造不同的規(guī)格形式的床身。汽車飛機行業(yè)的焊接，我們可以設(shè)計成三維形式，多方向聯(lián)動的一個床身機構(gòu)，實現(xiàn)三維曲線的焊接，在一些平面型的板材焊接加工，我們可以做成兩個方向聯(lián)動床身結(jié)構(gòu)，當然這些在造價上有很大的差距。與常規(guī)數(shù)控機床相比，在工作臺上有些區(qū)別，數(shù)控激光焊，要在工作臺上做一個程序路線的模板，防止板材焊接到了工作臺上。

液壓氣動部分，是現(xiàn)代機床普遍采用的一種傳動形式，這樣使得機床在傳動和夾緊上更平穩(wěn)，更強固。激光焊重要的一個特性是待焊接的兩塊板子的合攏性，在焊接的時候，由于沒有焊料，是通過兩塊板材瞬間溶解再凝固的原理來實現(xiàn)焊接的，于是在板材的夾緊和自動化傳遞上，更體現(xiàn)出它的重要性來。

激光焊接的主要介質(zhì)是激光，也就是我們普通數(shù)控機床的刀具，普通的數(shù)控機床刀具的種類繁多，工藝易于實現(xiàn)，而激光焊接機床介質(zhì)單一，但是為了適應(yīng)不同的工藝，我們要在理論數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實踐中總結(jié)一些達到工藝要求的技術(shù)參數(shù)。激光焊接關(guān)鍵是大功率激光器，主要有兩大類，一類是固體激光器，又稱Nd:YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁柘榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm，主要優(yōu)點是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省去復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)或遠程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車工業(yè)常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器，又稱CO2激光器，分子氣體作工作介質(zhì)，產(chǎn)生平均為10.6μm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標準激光功率在2-5千瓦之間。

激光焊接機的工作原理是應(yīng)用激光器產(chǎn)生的波長為1064nm的脈沖激光經(jīng)過擴束、反射、聚焦后輻射加工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過數(shù)字化精確控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池，從而實現(xiàn)對被加工件的激光焊接，完成傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的精密焊接。

激光焊接的工藝參數(shù)包括功率密度，激光脈沖波形，激光脈動寬度，激光的焦距調(diào)節(jié)。

功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在10^4~10^6W/CM^2。

激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。

脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。

凸透鏡焦距調(diào)節(jié)對焊接質(zhì)量的影響很大，因為激光焦點處功率過高，容易蒸發(fā)成孔，就會形成切割效應(yīng)了，離開激光焦點的平面上，功率密度分布相對均勻。焦距調(diào)節(jié)有兩種情況，正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學理論，當正負離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。在實踐中得知，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)瞬間汽化，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應(yīng)用中，當要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。

在溫度的影響下，凸透鏡會受到熱脹冷縮的影響，于是在常規(guī)情況下焊接的效果會有很大的變化，當焊接一段時間后，凸透鏡熱漲之后他的焦距會變?yōu)樨摻咕啵瑹崃繐p失，熔池變化，影響焊接效果，甚至高溫下?lián)舸┻M而導(dǎo)致板材報廢。于是我們在凸透鏡的冷卻上尋求辦法，可以通過水冷系統(tǒng)，使其處于常溫狀態(tài)下，在車間內(nèi)安裝制冷系統(tǒng)，使其溫度平衡。

數(shù)控激光焊接，熱影響區(qū)域小，變形率很低，焊接深度達，牢固，充分融合，可焊接硬質(zhì)材料，準確率高；在惰性氣體保護下不會出現(xiàn)氧化，使得焊縫質(zhì)量更好；可以實現(xiàn)自動收弧的功能，無氣孔沙眼，廣泛運用于碳鋼，合金鋼，不銹鋼不同鋼材之間的焊接。

在焊接的焊透性反饋功能上和激光功率反饋自調(diào)性上能有新的突破，將會給激光焊接工業(yè)的發(fā)展帶來更精湛的發(fā)展。

【參考文獻】： 1.《光機電信息》2007年 第11期

2.《現(xiàn)代激光焊接技術(shù)》2006年 陳彥賓編著 科學出版社

激光焊接技術(shù)范文第2篇

關(guān)鍵詞：激光焊接技術(shù)；原理；特點；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

Abstract: laser as a high speed, high precision, high quality and low deformation of welding technology, has been used widely in the industry. In this paper, the laser welding technology of welding principle, characteristics, process parameters, application field in detail, and connecting with the reality, laser welding technology to the development trend of certain discussion.

Keywords: laser welding technology; Principle; Characteristics; Application; Development trend

中圖分類號：P755.1 文獻標識碼：A 文章編號

前言：激光作為一種電磁波，具有許多自身特有的性質(zhì)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，又常稱為鐳射焊機、激光焊機，按其工作方式?？煞譃樽詣蛹す夂附訖C、激光模具燒焊機、光纖傳輸激光焊接機、激光點焊機。

1 激光焊接的原理

激光焊接是利用高能量的激光脈沖輻射至材料，對材料進行微小區(qū)域內(nèi)局部加熱，利用激光與金屬的相互作用，激光輻射的能量以熱傳導(dǎo)方式，向材料的內(nèi)部擴散，將材料熔化后形成特定熔池，達到焊接的目的。

按焊接熔池形成的機理劃分，激光焊接有兩種基本的焊接機理：熱傳導(dǎo)焊接和激光深熔焊。前者所用激光功率密度較低（105～106W／cm2），當激光照射到材料表面時，一部分激光會被材料吸收，一部分會被反射，材料吸收后將光能轉(zhuǎn)化為熱能市材料表面熔化，然后以熱傳導(dǎo)的方式向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池，最后將兩個焊件熔接在一起。熱傳導(dǎo)焊接熔深淺，深寬比較小。

2 激光焊接的特點

電弧焊、電阻焊、高能束焊（電子束焊、激光焊）、釬焊、電渣焊、高頻焊、氣焊、氣壓焊、爆炸焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊等焊接方式，是目前常用的焊接工藝。激光焊接相比于其他焊接方式，具有以下無法比擬的優(yōu)點：（1）可將進入的熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)域的相變化范圍小，因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的熱變形最低；（2）32mm厚板的單道焊接的工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)鑒定合格，降低了厚板焊接所需的時間，甚至可不使用填料金屬；（3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮；（5）激光束易于聚焦、對準，受光學儀器導(dǎo)引，可放置在工件外適當?shù)木嚯x，進行遠距離焊接，甚至可在工件周圍的設(shè)備或障礙間導(dǎo)引。

3 影響激光焊接的參數(shù)

3.1 激光功率密度

功率密度是激光焊接中最關(guān)鍵的工藝參數(shù)之一。隨著聚焦透鏡焦長的變化，功率會隨著改變。對于較高的功率密度，表層經(jīng)過書微秒即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量金屬汽化氣體。因此，高功率密度對于打孔、切割、雕刻等材料去除有利。采用較低功率密度，需要經(jīng)過數(shù)毫秒，材料表層溫度才能達到沸點，在表層汽化之前，底層已達到熔點，容易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍104~106W/cm2內(nèi)。

3.2 激光脈沖波形

激光脈沖波形既是區(qū)別是材料去除還是材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備體積及造價的關(guān)鍵參數(shù)。當高強度激光束射至材料表面，材料表面將會有60~98%的激光能量被反射損失掉，且反射率隨著表面溫度的變化而變化。在一個激光脈沖作用周期內(nèi)，被加工金屬的反射率的變化也很大。

3.3 激光脈沖寬度

激光脈沖寬度是激光焊接中的一個重要問題，尤其對于那些薄片材料焊接時，顯得更為重要。激光脈沖寬度由熔深與熱影響分區(qū)決定，激光脈沖寬度越長，熱影響分區(qū)就越大，熔深隨著激光脈沖寬度的1/2次方增大。但激光脈沖寬度的增大會降低其峰值功率，較低的峰值功率又會導(dǎo)致多余的熱輸入。

3.4 離焦量、焦斑

離焦量為工件材料表面離聚焦光束最小斑點的距離，將會影響激光功率密度以及焊接質(zhì)量。因為聚焦光束最小斑點的中心功率密度很高，容易使材料蒸發(fā)成孔，所以激光焊接通常需要選取一定的離焦量。聚焦光束最小斑點外的各平面上，功率密度的分布相對均勻。通常長焦距的能量密度低，光斑大，能量密度足夠情況下，可用于對接頭定位精度不高的焊接；短焦距的能量密度較高，光斑小，要求工件配合間隙要小。

4 激光焊接的應(yīng)用

4.1 在制造業(yè)的應(yīng)用

激光拼焊是將幾塊不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材用激光把邊部對焊，焊接成一塊整體板，以滿足零部件對材料性能的不同要求。從20世紀80年代中期開始，激光拼焊作為新技術(shù)在歐洲、美國、日本得到了廣泛的關(guān)注。激光拼焊工藝主要是為汽車行業(yè)進行配套服務(wù)，尤其在車身零部件生產(chǎn)、制造和設(shè)計方面，激光拼焊的使用有著巨大的優(yōu)勢。激光拼焊技術(shù)在國外轎車制造中得到廣泛的應(yīng)用。

4.2 粉末冶金領(lǐng)域

隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，以及工業(yè)技術(shù)對材料特殊的要求，冶鑄材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料所具有的特殊性能和制造優(yōu)點，在汽車、飛機、工具刃具制造業(yè)等領(lǐng)域中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的飛速發(fā)展，它與其它零件的連接問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。

4.3 電子工業(yè)

激光焊接在電子工業(yè)中，尤其是微電子工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。鑒于激光焊接熱影響區(qū)小，加熱迅速集中，熱應(yīng)力低，在集成電路、半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出了其獨特的優(yōu)越性。在真空器件研制過程中，激光焊接也得到了應(yīng)用。

5 激光焊接的發(fā)展趨勢

5.1 新型激光器的研發(fā)

目前的激光焊接所使用的激光器主要為大功率CO₂激光器和YAG激光器。激光器的發(fā)展仍然集中于激光設(shè)備的開發(fā)研制上，如提高電源的穩(wěn)定性和壽命，對于于CO₂激光器要解決放電穩(wěn)定性的問題，對于YAG激光器要研制開發(fā)大容量、長壽命的光泵激勵光源等。

5.2 焊接工程的有效控制

在激光加工的光束質(zhì)量及裝置研究方面，應(yīng)著重放在研究各種激光加工工藝對激光光束的質(zhì)量要求，以及激光光束和加工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)上。光學系統(tǒng)及加工頭的設(shè)計和研制，開展焊接工藝及材料、焊接工藝對設(shè)備要求及焊接過程參數(shù)監(jiān)測和控制技術(shù)的研究，對掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝具有重要的影響，準確地選擇控制參數(shù)，可改善激光焊接工程的穩(wěn)定性，提高激光焊接的焊縫質(zhì)量，并將離子效應(yīng)、匙孔效應(yīng)等各種焊接效應(yīng)控制在理想的范圍內(nèi)。

結(jié)束語：

本文對激光焊接的原理、特點，激光焊接過程中工藝參數(shù)，主要應(yīng)用領(lǐng)域進行了討論，并在最后提出了激光焊接技術(shù)發(fā)展的趨勢。激光焊接技術(shù)憑借其高能量密度、高精度、深穿透、強適應(yīng)性等特點，被廣泛應(yīng)用在制造業(yè)、冶金業(yè)等領(lǐng)域，不僅提高了生產(chǎn)效率，也顯著提高了焊接質(zhì)量。在21世紀，激光焊接技術(shù)必將在材料連接領(lǐng)域發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

參考文獻

[1]鷲尾邦彥.Laser material processing applications in electonic and eletric industries[J].溶接學會論文集，2001，(19)：176-191.

激光焊接技術(shù)范文第3篇

【關(guān)鍵詞】混合激光焊接；汽車制造；制造成本

隨著焊接工藝在汽車制造中的不斷應(yīng)用和發(fā)展，對于焊接的功能實現(xiàn)和外觀都有著不斷提高的要求，為適應(yīng)社會需求，人們不斷研究新的焊接技術(shù)工藝，以達到高質(zhì)量、高效率、成本低、美觀大方的目的?；旌霞す夂附蛹夹g(shù)的應(yīng)用，讓我們離目標越來越近。

一、混合激光焊接技術(shù)的工作原理

混合激光焊接技術(shù)是采用傳統(tǒng)的金屬及氣體電弧焊和激光焊接技術(shù)的優(yōu)點，進行合理化結(jié)合，主要利用電弧加熱填充金屬和工件，達到金屬融合的效果。

混合激光焊接技術(shù)受氣體等因素的影響較多，為達到降低機器成本的目的，我們要通過對各個有影響的參數(shù)進行控制，減小諧振腔的尺寸，降低混合激光焊接技術(shù)的供能成本，確定混合激光焊接中焊絲的給進位置。激光推動焊絲進入熔融焊池，降低熔融焊絲所需的二次能量，這個過程中為提高焊接速度，我們采用了拖尾式的混合激光焊接技術(shù)進行焊絲給進?；旌图す夂附拥碾娀≡诤附z填充到達尾部時產(chǎn)生等離子，并對基底材料進行蒸發(fā)，這時會在熔融焊接池的邊緣出現(xiàn)一個小凹陷，這個凹陷能夠起到降低激光光束需要穿透的深度，提高了穿透性能。

二、混合激光焊接技術(shù)的特點

混合激光焊接技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用有以下特點：（1）在進行混合激光焊接過程中添加的輔助材料，施加給焊縫晶格組織的影響，使得焊縫的韌性較高；（2）熔深更大，焊縫焊接能力強；（3）減少人工，減少投資；（4）焊縫背面下垂在沒有燒穿時的適用范圍更加廣泛；（5）焊接速度快；（6）焊接熱量產(chǎn)生的少；（7）焊縫的寬度和突出小，強度高；（8）生產(chǎn)效率高；（9）光學設(shè)備配置性能高；（10）對焊接產(chǎn)生的縫隙彌補合理，效果高；（11）鈑金件縫隙的連接能力提高；（12）提高車身剛度，提升汽車安全性；（13）車身重量減小，有省油效果；（14）焊接精度高；（15）前期投入太高，包括配套設(shè)備和保護氣體的投資。

三、混合激光焊接技術(shù)中對保護氣體的選擇

現(xiàn)在在汽車制造中使用最多的是二氧化碳、氬和氦等氣體作為電弧和熔池的保護氣體，在這些保護氣體中，氦氣控制粒子大小最為合理，這是由其平均蒸汽粒子最小決定的。但是在電離率和等離子體電壓方面，氦氣雖然有著很大的優(yōu)勢，但是分子質(zhì)量卻比氬氣小。因此，我們發(fā)現(xiàn)，在選用氦氣作為保護氣時，只有保證流速足夠能將激光光束路徑上的金屬進行蒸發(fā)并排出，雖然效果非常好，但是氦氣的價格卻較高，這無疑是增加了焊接成本，增加了汽車整車成本。為了彌補氦保護氣的價格缺陷，同時實現(xiàn)抑制等離子體，排出蒸汽粒子，達到優(yōu)化保護氣，降低成本的目的，我們引進了使用40%～50%的氬氣混合氣體，這種混合氣體的比重越高，對于排除蒸汽粒子的流速需要就越低。混合氣體在汽車制造中進行焊接工藝時產(chǎn)生的惰性對焊接起到加速的作用，降低報廢率。將二氧化碳或者氦氣按照一定的比例混合氬氣，用于混合激光焊接過程中的二次保護氣，使焊接的性能得到很大的提高，產(chǎn)生電弧電壓更高，焊珠的外形擴大，增強了電弧穩(wěn)定性。因為這些氣體的價格高昂，因此在運輸過程中一定要確保安全，同時還要相對更為經(jīng)濟，這樣我們才能真正達到降低制造成本的目的。

四、混合激光焊接技術(shù)在現(xiàn)代汽車制造中的應(yīng)用

隨著激光焊接技術(shù)的不斷發(fā)展，各個汽車企業(yè)紛紛引進最新的焊接工藝，直接影響著其在汽車制造業(yè)中的行業(yè)競爭力，混合激光焊接技術(shù)的種種優(yōu)點在汽車制造中發(fā)揮充分，可以大大降低制造成本，提高鋁合金材料性能，已經(jīng)在大眾、寶馬等知名制造公司。例如：寶馬5系列轎車的鋁合金隔板；大眾Phaeton D1的車門；大眾Golf、Audi A4和A6、Passat的車頂?shù)鹊取Ｔ谄囍圃熘惺褂没旌霞す夂附蛹夹g(shù)的主要汽車公司有：大眾、通用、奔馳、日產(chǎn)、菲亞特、福特、寶馬、豐田，還有國內(nèi)的奇瑞。

目前，混合激光焊接技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)中，并不斷完善，推動汽車制造業(yè)的發(fā)展，同時汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，不斷提出新的需求，從而反過來促進混合激光焊接技術(shù)的不斷優(yōu)化。為了滿足人們對汽車質(zhì)量、功能和外觀的新需求，要求我國汽車制造企業(yè)一定要根據(jù)實際情況，引進最新的焊接工藝，提高汽車制造中的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時降低成本，從而達到企業(yè)穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展的目標。因此，在汽車制造中廣泛應(yīng)用混合激光焊接技術(shù)等先進工藝，已經(jīng)成為國內(nèi)汽車業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注。在汽車制造業(yè)的發(fā)展中，混合激光焊接技術(shù)的優(yōu)化，降低成本，運輸?shù)慕?jīng)濟性和安全性仍需要我們不斷探索，推動我國汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。

參考文獻

激光焊接技術(shù)范文第4篇

【關(guān)鍵詞】鋼鋁焊接；異種金屬；焊接技術(shù)；問題

一、緒論

目前對于異種金屬合成的發(fā)展，鋁和鋼的焊接也成為機械制造業(yè)中的重點與難點，由于不同金屬性能的差別，導(dǎo)致異種金屬的焊接具有較大的難度性。鋼和鋁的連接方式有粘接與機械連接兩種，粘接的使用比較局限，不適用于超強度的焊接要求，適合對接頭強度要求低的焊接過程；而機械焊接能實現(xiàn)較高的接頭焊接強度，但是不能保證良好的氣密性，而且機械連接一般會留下連接痕跡[1]，對于要求精密的金屬部件，這種方法顯然不適合。為了實現(xiàn)異種金屬的合成，達到最佳的金屬性能，降低金屬制造成本，近年來，廣大研究人員正在對異種金屬焊接技術(shù)進行研究與探索，本文就異種金屬焊接技術(shù)的相關(guān)方法與問題進行了論述。

二、鋁鋼異種金屬的焊接性

在各種加工制造行業(yè)中，鋁合金的質(zhì)量輕、耐腐蝕性強、延展性較高[2]，成為目前廣泛應(yīng)用的一種輕金屬，而鋼是機械加工行業(yè)中使用最普通的金屬，在工業(yè)建設(shè)中扮演著重要的角色。近年來，以鋁、鋁合金為基本材料的金屬構(gòu)件使用越來越普遍，并得到了人們的關(guān)注。

鋁與鋼的金屬的物理與化學性能上有較大的差異，導(dǎo)致鋁與鋼焊接過程難以實現(xiàn)，主要的差異體現(xiàn)在以下幾點：

（1）熔點不同；鋼的熔點比鋁的熔點高，在兩者進行焊接的過程中，由于溫度的變化當鋁完全熔化成液體的狀態(tài)時，鋼仍處于固態(tài)的形式；兩者的密度也相差很大，如果實現(xiàn)了鋁與鋼的同時融化，這時候由于液態(tài)的鋁水比鋼水的密度小，會浮在鋼水上，在對金屬進行冷卻、定型時，就導(dǎo)致兩種金屬融合的不均勻，從而降低金屬接頭的性能。

（2）夾渣現(xiàn)象容易發(fā)生；夾渣現(xiàn)象指的是鋁及合金在焊接的過程，在母材上形成氧化膜，這種氧化膜很難融化，從而阻礙了兩種金屬的融合；通常在熔池表面也會產(chǎn)生氧化膜，并隨著溫度的升高變得越來越厚。氧化膜會嚴重影響到液態(tài)金屬的融合，最終導(dǎo)致金屬焊縫中出現(xiàn)夾渣的現(xiàn)象[3]。

（3）鋁鋼焊接接頭變形問題；由于鋁與鋼的密度、熱導(dǎo)率相差較大，兩者的線膨脹系數(shù)也差距很大，在鋁和鋼的焊接過程中會造成焊接接頭的變形，嚴重時會造成焊接金屬裂紋的產(chǎn)生。

三、鋁和鋼焊接的相關(guān)方法與問題

3.1鋁和鋼的壓焊

在鋁和鋼的焊接過程中，形成鋁鋼復(fù)合板是通過滾焊或爆炸復(fù)合的方式，但在這個過程中，鋁和鋼之間容易形成硬度較高的化合物，由于鋁與鋼物理、學相關(guān)的差異較大，導(dǎo)致壓焊過程金屬的的高塑性變形，從而使金屬材料發(fā)生高密度位錯，形成高硬度的化合物，影響復(fù)合板的使用性能。

為了提高鋁合金與鋼板的接觸力度，相關(guān)研究人員發(fā)現(xiàn)了壓輪的方法，使用壓輪的方法能提高壓焊過程中鋁和鋼之間的熱傳遞速率；由于金屬間脆性物質(zhì)的存在，金屬間的斷裂現(xiàn)象時有發(fā)生，激光壓力焊接技術(shù)的普及與應(yīng)用提高了金屬間的延展性與強度，激光壓力焊可以根據(jù)不同的壓力使用不同功率的激光，有效的提高了接頭的強度。

3.2鋁和鋼的攪拌摩擦焊

當對鋁合金和不銹鋼進行焊接時，我們通常采用攪拌摩擦焊[4]的方式提高焊接的質(zhì)量。大量的實驗表面，當異種金屬焊接過程中處于低轉(zhuǎn)速的情況下，如果不能保證溫度增長的速度，就會造成焊接接頭的燒壞；而在高轉(zhuǎn)速下，金屬又會快速燃燒，也不能很好的保證金屬的性能。鋁和鋼在焊接過程中未來保證良好的焊縫強度與接頭形態(tài)，通常采用摩擦攪拌焊，這種方法在異種金屬焊接中的使用率很高，具有節(jié)約能源、時間的優(yōu)點，所需的能量與溫度較低，保證了異種金屬良好的形態(tài)，但是其焊接效率還仍需進一步提高，相關(guān)的研究與工藝也不太成熟。

3.3釬焊

近年來，相關(guān)研究人員對鋁合金與不銹鋼的焊接工藝做出了研究，利用釬焊工藝方法降低了異種金屬焊接過程中焊縫的化合物的產(chǎn)生。實驗表明采用釬焊工藝方法進行焊接能防止鋁、鐵原子的擴散，根據(jù)鋼和鋁的熔點差異，利用銅與焊縫交界面產(chǎn)生的A1Cu有效的提高了焊縫的裁剪性能，很好的結(jié)合并利用了釬焊與熔焊的特點。

近年來，釬焊形式一電弧焊形式的焊接方法也廣為傳用，釬焊形式一電弧焊方法的原理是利用電源對鋼以及鋁進行加熱，并將鋁基焊絲接頭進行融化，同時保證鋼母材的固態(tài)狀態(tài)。釬焊形式一電弧焊方法實現(xiàn)了熔焊方法的結(jié)合，具有很高的靈活性，并且不會造成能源的浪費，是一種高效的高溫焊接方式。利用釬焊形式一電弧焊方法進行異種金屬的焊接時，很大程度的縮短了釬焊接頭在高溫下的處理時間，抑制了母材產(chǎn)生較大晶粒，保證了焊接后金屬外觀的流暢與美觀，具有較好的自動化性能，很大地提高了異種金屬焊接的質(zhì)量。

四、結(jié)語

社會科技與經(jīng)濟水平的發(fā)展對機械制造業(yè)的發(fā)展水平提出了更高的要求，為了提高金屬構(gòu)件的性能，異種金屬合成的課題被人們廣泛關(guān)注起來。鋁和鋼之間性質(zhì)差異較大，兩者的焊接問題一直都是廣大研究人員的研究難點。異種金屬焊接技術(shù)質(zhì)量的提高直接影響到金屬結(jié)構(gòu)復(fù)合工程的發(fā)展，甚至成為整個機械制造業(yè)的發(fā)展的重要指標。近年來，我國鋁、鋼焊接技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有了相關(guān)的起色與進步，但是廣大研究人員還需對異種金屬激光焊接技術(shù)進行不斷研究與創(chuàng)新，持續(xù)推動我國機械制造業(yè)的進步與發(fā)展。

參考文獻：

[1]虞鋼，趙樹森，張永杰，何秀麗，龐銘. 異種金屬激光焊接關(guān)鍵問題研究[J]. 中國激光，2009，02：261-268.

[2]趙旭東. 鋁/鋼異種金屬激光填充粉末熔釬焊接技術(shù)研究[D].北京工業(yè)大學，2012.

激光焊接技術(shù)范文第5篇

關(guān)鍵詞：無縫線路 插入短軌 閃光焊接技術(shù)

1前言

無縫線路是長軌鋪設(shè)后現(xiàn)場用氣壓焊、鋁熱焊或閃光焊將長軌接頭焊聯(lián)形成，其中閃光接觸焊具有焊頭成功率高、強度與母材接近、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，目前新建鐵路除道岔內(nèi)及道岔前后焊頭用鋁熱焊外，其余焊頭均要求采用閃光焊。滬杭城際鐵路由于現(xiàn)場施工時工期緊及施工條件受限，要求一個區(qū)間采用兩臺焊機由兩端向中間進行應(yīng)力放散鎖定焊接，最后合攏口插入短軌；以及全線應(yīng)力放散做完后，發(fā)現(xiàn)個別焊頭有問題需要插入短軌。以往在應(yīng)力放散做完后插入的短軌都是采用鋁熱焊進行焊接，但鋁熱具有焊頭成功率低，強度差，容易二次傷損等缺點。為此筆者在新建滬杭城際鐵路無縫線路形成后需插入短軌時，提出插入短軌的焊接采用拔彎閃光焊接技術(shù)，使全線（除道岔內(nèi)及道岔前后焊頭外）沒有一個鋁熱焊焊頭，提高全線線路質(zhì)量，減少運營時焊頭維護工作量。

2拔彎閃光焊接施工方案

以往插入短軌采用鋁熱焊時，插入短軌的長度為L-2A（L-缺口的長度，一般不短于12.0m；A-鋁熱焊焊縫寬，通常每個焊縫寬為25mm）。

插入短軌采用閃光焊接時，插入短軌的長度為L+2B（L-缺口的長度，一般不短于12m；B-閃光焊時焊機的實際頂鍛量）。由于插入的短軌長于缺口，所以先將與焊機相向一根長軌5m長拔離軌槽，讓短軌先落槽就位。接著用焊機將短軌一端與長軌焊聯(lián)。然后將另一端長軌約50m長向外拔成弧形，長軌頭與短軌頭相接。最后用焊機將短軌與另一長軌焊聯(lián)，在焊接頂鍛一瞬間，將50m長的弧形長軌直接拉直并落槽，完成焊聯(lián)。

3施工步驟

3.1用鋼卷尺丈量缺口長度L，若缺口長度小于12m，根據(jù)驗標要求插入短軌不得短于12m，按此要求則要鋸軌，將缺口長度調(diào)整至12m以上。如果是焊頭傷損需要鋸掉焊頭插入短軌時，則直接鋸軌留12.5m長缺口。

3.2頂鍛量計算:每臺焊機都有不同的頂鍛量，因此在焊前必須準確測出該臺焊機的實際頂鍛量。焊接前在兩軌端各0.5m處做上標計，焊后測量這兩個標計間長度，從而計算該焊頭的頂鍛量，連續(xù)測量三個焊頭的頂鍛量取平均值做為該焊機的實際頂鍛量B。

3.3準備待插入軌，待插入軌的長度為L+2B（L-缺口的長度；B-閃光焊時焊機的實際頂鍛量）。

3.4將與焊機相向那一根的長軌，5m長拔離軌槽，讓短軌先落槽就位。

3.5焊機就位后開始焊接第一個焊頭。

3.6拆除與焊機相向那一根的長軌50m長扣件，將該段長軌向外拔成弧形（曲線時則往曲線外側(cè)拔），長軌軌頭與短軌軌頭相接落槽，長軌軌端5m內(nèi)必須為直線，便于焊接時軌頭對接、檢查。

3.7用2m長的短軌頭將外拔成弧形的長軌進行支墊，支墊短軌距離為8m，要求短軌做成由外向內(nèi)傾斜的坡，靠近枕木端的短軌頂面要高于枕木上鏍栓頂部，便于焊接時長軌拉直后能順利落橫。

3.8焊機就位后開始焊接第二個焊頭。

4閃光焊接工藝

4.1焊接設(shè)備組裝、調(diào)試、鋼軌型式試驗

按照組裝程序進行設(shè)備組裝，并進行全面調(diào)試。確認設(shè)備一切正常后將待焊軌按照規(guī)定的檢驗要求焊接進行型式試驗，確定焊接參數(shù)合格后可開始正式焊接。

4.2鋼軌接頭除銹、打磨

在鋼軌接頭端面及兩側(cè)鋼軌與焊機導(dǎo)電鉗口部位間500mm范圍內(nèi)采用手提式砂輪機打磨，打磨后鋼軌表面應(yīng)有金屬光澤，不得有銹蝕，對母材的磨耗不得超過0.2mm。若打磨后的待焊時間超出24小時或有油水沾污，則必須重新打磨。

4.3鋼軌焊接前設(shè)備檢查

焊接前應(yīng)按照焊機使用說明檢查主機、冷卻系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)是否正常；檢查動力電壓、水溫、水位、油溫、油位鉗口上的焊碴及其它碎屑、推瘤刀上的焊接飛濺物是否清除。焊接參數(shù)是否符合實驗結(jié)果。一切正常之后，在操作司機、工長簽字確認后方可進行焊接工作。

4.4鋼軌焊接

4.1.1準備工作完成后，用機車或軌道車推送移動式焊軌車運行到焊接接頭處，特制集裝箱將二位端前墻向上旋轉(zhuǎn)到與頂棚平齊并鎖定。起吊機構(gòu)連同焊機沿軌道向外移動至端墻外平臺；吊臂驅(qū)動油缸伸長降下旋轉(zhuǎn)臂,將焊機降下接近鋼軌，利用轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，使焊機進入焊接工作位置；將焊機落下置于鋼軌上，確保兩鋼軌間隙位于導(dǎo)軸上標記的正下方,降低焊機直到壓在鋼軌上。

4.2.2焊機機頭上的兩對鉗口將兩鋼軌軌頭夾緊，自動對準系統(tǒng)接頭兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)在水平和縱向兩個方向上自動非常精確地對準（兩端鋼軌在縱向同時被相對抬高0.6～0.8mm/m）。兩鉗口在通以400V的直流的電壓后形成兩個高壓電極，提高焊接電流。啟動焊接，激活自動焊接工序；分別進入預(yù)閃階段、穩(wěn)定的高壓閃光階段（該階段應(yīng)鎖定鋼軌夾緊選擇開關(guān)，防止在焊接周期結(jié)束時焊機再次夾緊鋼軌）、低壓閃光，加速閃光、以及頂鍛階段。頂鍛完成以后整個焊接過程結(jié)束。隨后鋼軌夾緊裝置快速松開兩鉗口，在焊機頭內(nèi)的推瘤刀立即進行推瘤，從而完成焊頭的焊接作業(yè)。

4.3.3焊機機架張開到最大位置，起升焊機直至完全離開鋼軌焊接接頭，去除推瘤焊碴，清潔焊機內(nèi)部。然后將焊機調(diào)整到另一側(cè)完成鋼軌焊接。在完成一組焊接接頭后，每間隔三根軌枕上緊扣件，焊機前行到下一個焊接接頭處。

4.5焊后接頭正火

正火時接頭溫度應(yīng)降低到500℃以下，然后用氧氣-乙炔加熱器將焊縫加熱到820℃～880℃，再自然冷卻。正火溫度采用紅外線測溫儀控制。焊縫區(qū)域冷卻到400℃以下時,焊軌作業(yè)車方可通過鋼軌接頭。

4.6鋼軌焊后調(diào)直、打磨

鋼軌焊縫正火完，溫度降低到300℃以下時，對鋼軌進行調(diào)直。焊后打磨可以分成粗打磨和精細打磨，粗打磨利用手提式砂輪機對焊縫及附近軌頭頂面、側(cè)面、軌底上面和軌底進行打磨；焊縫踏面部位在常溫下不能打虧,打磨時不得橫向打磨,打磨面不得發(fā)黑、發(fā)蘭而應(yīng)平整有光澤。精細打磨時，用仿型打磨機進行縱向打磨，打磨后，平直度滿足驗標要求。

4.7焊接接頭超聲波探傷

每個鋼軌焊頭均應(yīng)進行超聲波探傷，探傷前應(yīng)將焊縫處溫度減低到50℃以下，冷卻可以用澆水法進行，但澆水時鋼軌溫度不得高于250℃。在經(jīng)打磨過的焊接鋼軌軌底、軌腰、軌頭上均勻涂抹探傷專用油，然后用探頭進行探傷。探傷結(jié)果不得有未焊透、過燒、裂紋、氣孔、夾渣等有害缺陷。

4.8數(shù)據(jù)的記錄及分析

每完成一個接頭的焊接、除瘤、打磨、探傷后，應(yīng)將相關(guān)數(shù)據(jù)、信息等資料收集、整理、同時加以分析、存檔。

5拔彎閃光焊注意事項

5.1拔彎閃光焊接施工時軌溫應(yīng)控制在該線設(shè)計鎖定軌溫范圍內(nèi)，以免形成應(yīng)力集中區(qū)，影響線路穩(wěn)定。

5.2頂鍛量要測量準確，插入短軌過長會引起鋼軌小碎彎，過短容易造成焊頭內(nèi)傷。

5.3檢查支墊短軌穩(wěn)定性、軌面高度，確保拔彎的長軌在拉力作用下能順利落槽。

6結(jié)束語