馬達行業激光焊接技術與裝備研究現狀及水平

來源:老趙說制造    關鍵詞:激光焊接, 激光束,    發布時間:2019-08-12

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在激光焊接(英語 laser welding)過程中,激光將材料加熱至熔化溫度。激光束借助光學系統聚焦。通過激光束和工件之間的相對運動產生焊縫。為了防止焊接表面發生氧化,在激光焊接加工過程中會使用氬氣作為保護氣體。激光技術的研究開發和應用正在逐步發展,國外一些工業發達國家在國家層面出臺相應政策和計劃,促進激光技術的發展。在美國和歐洲過去的十年已經生產各種激光系統、設備。從2018年國外激光應用方式占總銷售數據來看,見下表,其中應用于焊接的激光的應用也占有相對大的比例,隨著制造積累的經驗會進一步促進焊接技術發展,同時也會加大激光在焊接方面的應用。


隨著激光配套電子,光學技術的發展,激光設備市場也隨之發展。針對不同激光器開發的激光打標機,激光切割機,激光焊接機等已經實現國產化,紛紛推向市場。國內激光器廠家已能量產中、小功率(30~500W)的Nd:YAG固體激光加工系統和高功率(100~5000W)加工系統,它們的使用也非常廣泛。下表為廣東省2018年的激光加工系統應用方式數據看出,單單2018年就有總數約24000臺激光設備用在各行各業。


激光焊接機方面,國內的大族激光和光大激光已經批量化生產半自動的激光焊接機。通過對比總結,市面上待售激光焊接設備主要由以下方面組成:

激光系統方面

激光器多數選用進口元器件構成,用于焊接的激光器具體有Nd:YAG激光器、二氧化碳激光器以及光纖激光器。其中最常用的是Nd:YAG激光器。根據不同應用選用不同的激光器,使用工業電腦或PLC控制激光的波形、頻率、脈寬等,進而控制激光能量,配合控制焊接工作臺運動速度、運動方向實現可靠焊接。設置能量負反饋控制,通過尾部輸出端能量檢測裝置檢測與設定的能量差值,使其控制在一定的百分比內。提高輸出激光能量的穩定性。部分機型設置焊接監控CCD,測溫傳感器。實時檢測焊接區域的溫度、焊接表面狀況等,信息反饋到控制系統進行調控制,更進一步提高焊接品質。


機構方面

自帶保護氣體輸送裝置,用于傳送惰性氣體,以避免焊接過程氧化進而保護焊縫。焊接時保護氣體的加載方式有固定型和移動型,移動型使得焊接時保護氣體輸送位置更加靠近焊接點。控制系統能對參數進行設置和實時顯示,當某一部位發生異常時系統會報警并給予提示。激光焊機內置X/Y/Z運動,根據需要可加裝旋轉軸用于受控焊縫。焊接工件或激光頭運動的精度、重復精度對焊接精度影響很大,多選用高檔滾珠絲桿或直線滑軌。按光束與焊接工件的相對運動,根據不同的加工難度,激光加工機可進行為二軸、三軸,四軸甚至四軸以上的運動,這些多由伺服系統執行。


激光加工機多由多維伺服系統構成,通過伺服運動組合,加工不同的形狀和位置可以實現三維加工,像在汽車車身切割,能大幅降低成本,縮短新產品上市時間。市場上常見的有焊接機器人,和桌面焊接機。它的特點是柔性度較高,針對不同的產品可以快速切換焊接路徑,焊接參數。它的缺點是不提供自動上料,不考慮加工的效率,投入和產出不匹配。激光焊接也存在一些缺點,但優點更明顯,故已逐漸用于緊固其他類產品,成為制造業不可缺少的技術手段。


實踐證明,焊接質量水平影響著工程的進度以及質量,焊接設備的加工質量、精度與自動化水平直接影響著焊接質量。因此對激光焊接設備的自動化方式、結構和控制系統進行研究顯得格外重要。 在微型電機行業,生產批量大,就很有必要開發新的工裝系統,實現激光焊接自動上料和高效率生產。

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