激光焊接发展趋势解析

激光焊接发展趋势解析1、复合焊接（YAG激光与脉冲MIG复合焊接、Nd：YAG和受激准分子激光叠加）人们在广泛应用激光焊接技术的同时，不断地对其进行深入的研究，发现它有一定的缺点：在激光焊接过程中，母材受热熔化、汽化，形成深熔小孔，孔中充满金属蒸汽，金属气体与激光作用形成等离子云。等离子云吸收、反射激光，降低金属材料对激光的吸收率，使激光的能量利用率降低；对焊接母材端面接口要求高，容易产生错位；容易生成气孔疏松和裂纹；焊后在母材端面之间的接口部位有存在凹陷，焊接过程不稳定等等，为消除或减少单热源激光焊接的缺陷，人们在保持激光加热优点的基础上，利用其他热源的加热特性来改善激光对工件的加热，从而把激光与其他热源一起进行复合热源焊接。主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接以及双激光束焊接等。激光与电弧焊接结合起来，这种复合工艺综合了激光与电弧的优点，即将激光的高能量密度和电弧的较大加热区组合起来，其优点：1）可增加焊接熔深2）提高焊接速度与生产率3）改善接头性能4）降低设备成本同时，通过激光与电弧的相互作用，来改善激光能量的耦合特性和电弧的稳定性，以获得一种综合的效果。但是由于电弧的引入增加了焊接的热输入，从而必然使焊接热影响区和热变形增大。2、激光焊接的控制（熔池尺寸、等离子效应等），激光焊接模型在激光焊接过程熔透控制研究中，建立熔池形状参数与焊接工艺之间的关系是关键问题，在实验过程中，对熔池形状信息获知得越丰富，对焊接过程熔透控制的效果越理想。许多学者根据激光深熔焊中的小孔机制，对激光焊接的温度场、液体流动及小孔形状尺寸进行了计算并取得了一定效果，如Dowden等人提出了入射激光的逆韧致吸收模型，假定能量通过传导机制传递给小孔壁，通过解热传导方程，得到了一个最大的理论熔深，Sonti等人采用二维有限元非线性模型进行了铝合金激光深熔焊接传输过程的三维计算，得到了激光焊接的三维温度场，Downden分析小孔内的能量和压力平衡，建立一个小孔内液体和蒸气流动的通用模，王海兴等对前人提出的计算激光焊接深熔焊过程中熔池尺寸的方法进行了检验、改进与推广，从激光焊接过程中的能量平衡出发，预报了不同焊接工况下熔池的尺寸，刘顺洪进行了薄板激光焊温度场的分析与数值模拟，在空间域上用加权余量法，时间域上用有限差分法离散，考虑了材料热热物性参数的温度相关性、熔化潜热以及对流辐射等对温度场的影响，建立了有限元方程，并编制了相应的程序。随着图象传感方法的改进，使人可以从熔池图象获得熔池形状更多的特征信息，如熔池的宽度、长度和面积，利用这些信息建立同激光焊接工艺参数之间的关系，将对激光焊接的焊缝质量控制中有着重要的作用，这将是激光焊接研究的一个重要方向。3、激光焊接的激光发生器及其工艺发展趋势目前的激光焊接所使用的激光器主要为大功率CO2激光器和脉冲Nd：YAG激光器，激光器的发展仍然集中于激光设备的开发研制，如提高电源的稳定性和寿命，对于CO2气体激光器要解决大功率激光器的放电稳定性，对于YAG固体激光器要研制大容量、长寿命的光泵激励光源。采用直接二极管阵列激光输出波长在近红外区域的激光平均功率已达lkW，光电转换效率接近50％，这些激光设备和技术，将在焊接应用方面发挥更大的作用。在激光加工加光束质量及加工外围装置研究，应研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求、激光光束和加工质量监控技术，光学系统及加工头设计和研制，开展焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术研究，从而掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺。