德国激光工业增长势头强劲

据德国机械厂矿工程协会报告，德国激光器制造者收入正成倍增长，估计今后几年还将保持这一走势。协会包括Trumpf、Rofin-Sinar和Baasel等公司，它们的年收入占所有生产激光器和用于制造业的激光系统的德国公司年收入的80%左右。 1999年，德国厂商激光器总收入达5.23亿马克，比1998年增长25%；制造业用激光系统收入7.96亿马克，较前一年增长16%。有的公司在国外开展生产，如加上这部分产品，相应的总收入分别为6.95亿马克和11.86亿马克。 切割仍是激光最重要的工业应用，其中汽车工业是主要部分。三维切割等新应用推动着它的发展。激光焊接中，除改制钢坯料外，改制铝坯加工量越来越大。此外，铝制定形管件的激光焊接变得日益重要，特别是用于更轻的汽车车体刚性架。汽车上许多元器件经过激光加工，如变速箱、排气装置和气囊弹出装置的部件。以上所有应用中，仍主要使用CO2和Nd∶YAG激光。 激光打标是另一个大市场，其动力之一是保证追溯各个部件情况，用于质量监控。中等功率的二极管抽运固体激光器紧凑、易于使用、经济效率高，因此在这方面应用增长。 材料加工中还应注意高功率激光二极管。但由于光束质量不够，迄今其主要应用还是钎焊、表面淬火、塑料焊接及在小范围内用于钢的热焊接。堆叠组装后各独立激光二极管辐射输出相干耦合能改善重叠子束的质量，状况可能好转，将使激光二极管在切割、打标和焊接方面具备与CO2和YAG激光竞争的能力。 1999年，德国公司吸引了4.99亿马克激光源和8.15亿马克激光系统的订单，均比前一年增长16%。协会由此预计其成员前途光明。 (颜严)     

铝合金激光填丝焊焊缝成分不均匀性研究

为了研究铝合金激光填丝焊接头组织及焊缝成分分布情况,分别对ZL114A铝合金及工业纯铝1A90进行了激光填丝焊接,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱等实验方法分析了焊接接头的组织特点,并讨论了成分分布规律.结果表明,铝合金激光填丝焊接接头成形良好,焊缝组织细小,热影响区窄,焊缝成分有明显不均匀性,在焊缝上部和底部靠近熔合区的位置熔质浓度较高,而焊缝中心位置熔质浓度低.     

脉冲调制减小CO2激光焊接气孔倾向的研究

针对激光深熔焊过程中易出现的气孔问题 ,本文研究了激光焊接时脉冲频率对焊缝气孔倾向及焊缝成形的影响规律。利用自制的斩波盘式激光脉冲调制机构和 3kW快轴流CO2 激光器进行了 5mm低碳钢板的激光焊接 ,分析了不同脉冲频率条件下焊缝成形和气孔分布。结果表明 ,厚板连续激光焊接时 ,气孔倾向十分严重 ,在未焊透的焊缝中 ,气孔主要分布在焊缝的根部 ,而采用频率在 15 - 2 0Hz范围的脉冲激光焊接 ,能显著减少焊缝中的气孔     

二种激光焊接技术混合可提高焊接质量

1 引 言汽车制造业无色车身焊接中具有挑战性的是镀锌钢的搭接焊和铝焊接。与对接焊相反，搭接焊要求边部制备的偏差更低，对装配要求并不那么苛刻。今天，为了防止腐蚀，钢板车身大多数部件都用镀锌材料制成的。但是，在搭接结构中用CO2激光和Nd∶YAG激光焊接镀锌薄板会产生锌汽化，尤其是在两个薄板的接触面上。在没有间隙的搭接结构中气体只能经焊孔逃出，由于焊孔狭小以及和该过程相联系的非常快的冷却速度，汽化就受到限制，结果就产生多孔的焊缝伴随有大量吹出的金属。在铝的焊接中孔隙率是使用激光的一个难题，因为液体金属中包含…     

1420铝锂合金双光束激光焊接气孔的控制

以焊前不对铝合金板材做任何处理为前提,采用扩散冷却板条CO_2激光系统,开展对1420铝锂合金的双光束激光焊接焊缝气孔控制的实验研究.实验结果表明:在激光表面扫描焊时,表面氧化膜对焊缝中气孔的影响大大高于背面氧化膜;但是,在激光对接焊时,焊缝气孔对背面氧化膜的敏感性和焊缝背面成形有直接的关系.经过实验得出了优化的焊接工艺以达到降低气孔率、提高焊缝质量的目的.还进行了1420铝锂舍金的对接焊焊接接头拉伸强度实验.数据显示:选用优化的对接焊工艺,焊接接头的平均拉伸强度可达336.1 MPa,为母材的87.5%.     

纳秒激光工艺参数对铝/镁异种焊缝成形的影响

利用纳秒激光对铝合金和镁合金薄板进行了中心搭接焊试验,分析了纳秒激光工艺参数对铝/镁焊缝成形及力学性能的影响。研究结果表明,在纳秒激光焊接能量输入低、激光功率密度大、焊接速度快的条件下,可形成有效的铝/镁焊接接头,剪切强度达到86 MPa。在5~10kW激光功率范围内,焊缝熔深与纳秒激光功率密度呈线性关系,而与激光持续作用时间和激光点能量呈对数关系。     

CO2激光焊接高强度镀锌板的试验研究

为了研究汽车专用高强度镀锌钢板的CO2激光焊接性能,采用侧吹保护气体的方法,进行了大量的焊接试验,并对焊缝进行了显微组织分析和相关的机械性能试验.在试验的基础上,选择了焊接保护气体的种类,分析了热输入工艺参数对材料深熔焊接熔化特性的影响,解决了因锌的蒸发及环境中水分等因素的影响下,在激光焊接时焊缝中易于形成气孔的问题.结果表明,在侧吹保护气体的条件下,激光深熔焊接能有效地避免高强度镀锌钢热影响区的软化和控制焊缝气孔及焊接接头裂纹的产生.     

真空激光焊接焊缝成形及等离子体特征

为减小等离子体对激光焊接过程的干扰,扩宽大功率激光焊接的应用范围,对真空条件下激光焊接的焊缝成形和等离子体特征进行了研究。结果表明,真空激光焊接可以改善激光焊接表面成形,增加熔深。在焊接速度为0.5 m/min时,真空环境下焊缝熔深大约是大气环境下焊缝熔深的3倍。对比不同焊接速度下环境气压对熔深的影响规律发现,在焊接速度较小时,环境气压对于激光焊接的熔深影响更加明显。在真空条件下,较大的负离焦可以显著增加熔深,改善焊缝成形。等离子体图像观测结果表明,随着环境气压降低,等离子体逐渐减弱。真空环境对激光焊接等离子体强烈的抑制效应是真空激光焊接熔深增加,焊缝成形改变的一个原因。     

镀锌钢板的光纤耦合半导体激光焊接性能

采用光纤耦合半导体激光器(LDF4000-40)组成的焊接系统,研究了其在汽车制造领域对不等厚(厚度t=0.7/1.4 mm)镀锌钢板的焊接性能。试验结果表明,与CO2激光焊接相比,光纤耦合半导体激光焊接过程更加稳定,焊缝成型美观且更易控制,焊接速度得到大幅提高;镀锌钢板焊接接头的拉伸强度和延伸率满足汽车行业的标准要求,且断裂位置在母材上;镀锌钢板焊缝金属由铁素体和部分珠光体组成,焊缝金属硬度相比于母材提高50%;在同等激光输出功率条件下,光纤耦合半导体激光与CO2激光比较,其焊接速度提高1.2倍以上。     

CO2激光焊接车身拼焊板

利用CO2激光对汽车车身拼焊板进行了焊接实验,并对焊缝进行了显微组织分析和机械性能分析。采用Ar气作为焊接保护气体,能获得比采用N2气时更好的深冲性能;侧吹保护气体的方法能有效地控制焊缝中的锌含量。研究了焊接熔深和焊缝宽度随激光功率和焊接速度变化的规律。实验结果表明,在优化的工艺参数下,激光焊接车身拼焊板的焊缝中没有出现气孔、裂纹和热影响区(HAZ)软化等缺陷,拼焊板的深冲性能优良;拼焊板的成形性能取决于两种材料的强度比和厚度比,焊缝易于向高强度镀锌钢板一侧偏移;普通钢板越薄,焊缝的偏移量越大。     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

激光-电阻复合焊接铝合金T型接头工艺及性能

采用激光-电阻复合焊接方法进行铝合金T型接头焊接工艺试验,对激光-电阻复合焊接过程中的主要焊接工艺参数:滚轮电极形状、电流大小和激光功率对焊缝成形及接头性能的影响进行分析,并优化工艺参数以获得良好的焊缝成形和优质焊接接头.试验结果表明:采用弧形端面滚轮电极,在合适的电流和激光功率参数条件下,激光-电阻复合焊接T型接头不仅可以降低接头搭接面的间隙,而且改善焊缝成形,增加搭接面的焊缝宽度,使T型接头的拉伸剪切栽荷与单独激光焊接相比得到显著提高.激光-电阻复合焊接有效改善了激光焊接存在的一些不足,拓展了激光焊接的工业应用范围.     

基于神经网络的粉末冶金材料激光焊接工艺优化

针对薄壁金刚石钻头的激光焊接应用,采用德国LSM240全自动激光焊接系统进行单面焊接试验,建立了粉末冶金材料激光焊接工艺优化的误差反向传播人工神经网络模型,应用该模型研究了激光焊接工艺参数对气孔率和焊缝强度等焊接质量因素的影响,并对薄壁金刚石钻头激光焊接进行了工艺参数优化处理,获得了无气孔缺陷的优质焊接接头。结果表明,气孔率同激光功率、焊接速度之间具有幂函数关系;焊缝强度同激光功率、焊接速度之间具有高斯函数关系。     

镁合金激光焊的研究现状及发展趋势

镁合金具有质轻、环保等特性,被誉为21世纪绿色工程材料,在汽车、摩托车、航天航空等领域有着广泛的应用前景,但焊接问题已经成为制约其应用的关键。和其他熔焊方法相比,激光焊具有焊缝熔深大、接头性能优良等特点,是镁合金焊接的理想方法之一。目前,两类典型的工业激光器,即CO2和Nd…YAG激光器都已用于镁合金焊接的研究。系统分析了镁合金激光焊的工艺方法、焊接材料、接头性能(主要为力学性能与腐蚀性能)以及冶金缺陷(主要有气孔和裂纹),综述了近年来国内外镁合金激光焊接的研究现状,并对镁合金激光焊研究及应用的发展趋势进行了展望。     

汽车工业看好激光加工

在2000年美国激光协会举办的激光和电光应用会议全体会议上,汽车工业领导人预言,激光将使汽车更好、更轻和更易于制造. 福特和通用汽车的官员指出,激光已普遍用于汽车制造厂的焊接、打孔、打标上,以改进汽车. 通用汽车公司研究、发展与计划部副总裁Lawrence D.Burns说,"在激光制造的智能设计方面还有许多事情要求,主要的问题是发现使此种非同寻常的工具发挥最大作用的方法.” 福特先进制造工程部副主任说,铝车体的增长应促进激光在汽车生产焊接上的应用.     

镀锌钢板搭接光纤激光焊接中搭接间隙的研究

研究镀锌钢板搭接激光焊接技术对汽车工业激光焊接具有重要意义。研究了搭接间隙对光纤激光焊接镀锌钢板焊缝成形和接头机械性能的影响,分析了预留间隙法解决镀锌钢板搭接激光焊中高压锌蒸气对焊缝的不良影响的机理,通过实验研究了激光功率和搭接间隙的工艺参数范围。研究结果表明,对于1.35mm板厚的HC260LAD+Z 100MB镀锌钢板搭接激光焊,间隙大于0.1mm时,可以很好地抑制锌蒸气造成的焊接缺陷;间隙约为0.15mm时,焊缝熔深达到最大值;4kW激光功率对间隙的容忍度较大,对于0.05~0.2mm板间间隙都可以得到良好的焊缝。     

高强度镀锌钢的CO2激光焊接

利用CO2激光对汽车车身用1.5 mm厚高强度双面镀锌钢进行了大量的焊接实验,对焊缝组织进行了显微组织分析和相关的机械性能实验。从理论上推导了在一定焊接工艺条件下,稳定深熔焊接的下临界功率与焊接速度及焦点位置的关系。在同轴和侧吹保护气体的条件下,通过工艺参数优化,激光深熔焊接可以有效地避免高强度镀锌钢热影响区(HAZ)的软化现象以及焊缝气孔的有效控制。锌不稳定的急剧气化,使热影响区扩大和焊接稳定性降低,聚焦镜的保护难度加大,采取了有效措施加以控制。实验结果表明,用氮气作为保护气体,在激光功率1300 W,焊接速度0.8~1.1 m/min,焦点位置在工件表面下0.4 mm处时,得到了满意的焊接质量。焊缝的硬度接近母材硬度的2倍。     

基于排气通道的车身镀锌板激光叠焊工艺

为了解决汽车工业中车身镀锌板激光层叠搭接焊的问题,提出一种在镀锌板层叠接合面辊压一定排气通道的工艺方法,使之在零间隙下可获得一个较好的焊接效果。实验中对比了有无排气通道下,零间隙层叠搭接的焊接质量,从焊缝表面形貌、飞溅产生、焊缝组织、接头显微硬度及接头力学性能等方面进行了分析。结果表明,辊压得到主排气通道深度为125.0μm、次排气通道深度为32.6μm的复合排气通道,在激光功率为2500W、扫描速率为25mm/s时, 可以获得外观成形及力学性能均满意的搭接接头。该研究对提高车身镀锌板激光叠焊工艺是有帮助的。     

镀镍电池壳脉冲YAG激光缝焊工艺

研究了低功率脉冲YAG激光对电池壳封焊的应用.封焊接头由缝焊形成,焊接过程中熔入到焊缝中的镀镍可导致焊接裂纹产生,为此脉冲YAG激光焊接工艺必须保证焊缝有足够的致密性、良好的焊缝成形和表面光洁度,以及裂纹的防止.脉冲激光焊接主要工艺参数有脉冲重复率、脉冲宽度、脉冲放电电压、激光光斑的离焦量、焊接速度,这些参数的合理匹配,可获得理想的激光平均功率、激光功率密度和激光峰值功率.本研究表明采用正离焦焊接时,当激光功率密度达到一临界值时,焊缝可有效地避免裂纹的形成,激光平均功率达到一定值时可保证工件熔透,并有适当的熔宽,但激光功率密度过大将导致焊缝出现切割效应,而激光平均功率过大则引起焊缝表面严重下凹而使焊缝成形恶劣.脉冲重复率和焊接速度的合理匹配是焊缝致密性和表面质量保证是主要因素.(PE3)     

2195铝锂合金T型接头双侧激光摆动焊接组织与性能分析

2195-T87铝锂合金是轻质高强的新一代航空材料，但相比于传统铝合金，铝锂合金的焊接难度更高。基于铝锂合金蒙皮-桁条结构的焊接需求，采用激光束圆形摆动的方式配合Al-Si焊丝对2195-T87铝锂合金T型接头进行双侧激光摆动焊接，对比摆动激光焊接与无摆动激光焊接所得接头的焊缝成形与组织特征，并探讨了热输入、摆动频率以及摆动幅度对焊缝成形质量的影响，最终获得了优化工艺参数下的接头横向与轴向拉伸强度，分析了通过光束摆动改善焊缝成形质量、提高接头强度的效果。结果表明，采用高焊速、低热输入与中等摆动幅度和摆动频率的双侧激光摆动焊接可改善焊缝表面成形质量，抑制气孔生成，细化焊缝晶粒，缩小等轴细晶区尺寸，进而提高接头的横向与轴向拉伸性能，所得接头的最大轴向拉伸强度为267 MPa,横向拉伸强度为420 MPa,对比无摆动焊接分别提高了123 MPa和95 MPa,达到了母材强度的45%和70%。