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激光焊接技术的发展新方向

激光焊机焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术和产品设计于一体的综合技术,最终体现为专用设备和技术。作为先进制造技术的重要组成部分,激光焊接技术在未来航空制造业中有着广阔的应用前景。激光焊接技术的发展方向主要包括以下几个方面

 

1.填充焊丝激光焊接

激光焊机激光焊接一般不填充焊丝,但对焊件组装间隙要求较高,在实际生产中有时难以保证,限制了其应用范围。采用填充激光焊接,可以大幅度降低组装间隙的要求。举例来说,板厚2mm的铝合金板材,如果不使用填充焊丝,板材之间的间隙必须为零成型良好。例如,采用φ1.6mm的焊丝作为填充金属,即使间隙增加到1.0mm,也能保证焊接的良好成形。另外,填充焊丝可以调整化学成分,进行厚板的多层焊接。

 

2.光束旋转式激光焊接

使激光束旋转焊接的方法也可以大大降低焊件组装和光束对中的要求。例如,当对接2毫米厚的高强度合金钢板时,允许接缝组装间隙从0.14毫米增加到0.25毫米;对于4毫米厚的板,从0.23毫米增加到0.30毫米。光束中心和焊接中心的对准允许误差从0.25毫米增加到0.5毫米。

 

3.激光焊接质量的在线检测和控制

利用等离子体的光、声、电荷信号检测激光焊接过程,近年来成为国内外研究的热点,少数研究成果达到闭环控制的程度。激光焊接质量检测和控制系统中使用的传感器及其功能简要介绍如下

一、等离子监测传感器。

1)等离子体光学传感器(PS):其作用是收集等离子体的特征光和紫外线信号。

2)等离子电荷传感器(PCS):利用喷嘴作为探针,检测等离子带电粒子(正离子、电子)在喷嘴和工件之间的电位差。

 

二、系统功能。

1、识别激光焊接过程的方法。稳定的深熔焊接过程有等离子体,PS、PCS信号强

稳定的导热焊接过程,不产生等离子体,PS、PCS信号几乎为零

等离子体稳定的焊接过程中,等离子体间歇产生和消失,PS和PCS信号间歇上升和下降。

2、诊断输送到焊接区域的激光功率是否正常。当其他参数一定时,PS和PCS信号的强度与进入焊接区域的功率有关。通过对PS和PCS信号的监测,可以了解到导光系统是否正常,焊接区域功率是否波动。

3、喷嘴高度自动跟踪。PCS信号随喷嘴-工件距离增加而减小。采用此法则进行闭环控制,可保证喷嘴-工件距离不变,实现高度自动跟踪。

4、焦点位置自动优化和闭环控制。在深熔焊范围内,当光束焦点位置波动时,PS收到的等离子体光信号也会发生变化,PS信号*小于*佳焦点位置(此时小孔*深)。根据发现的规律,可以实现焦点位置的自动优化和闭环控制,使焦点位置波动小于0.2毫米,熔化深度波动小于0.05毫米。



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