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激光焊接技术在航空制造方面的应用

针对航空制造业的激光焊接技术,目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各种航空金属材料的理论及应用,通过基础理论的建立,辅以大量的试验验证,激光焊接技术已经成熟地应用于航空及武器装备制造的诸多领域。下面简单介绍几种激光焊接方法及其应用:

1. 单激光焊接

按焊接熔池形成的机理区分,激光焊接可分为两种:热传导焊接和激光深熔焊。这两种方式最基本的区别在于:前者熔池表面保持封闭,而后者熔池则被激光束穿透成小孔。

1)热传导焊接

当功率密度约为105106W/cm2的激光照射在材料表面时,一部分激光被反射,另一部分光能被材料吸收转化为热能使焊件表面熔化,材料表面层的热以热传导的方式继续向材料 深处传递,形成熔池,将两焊件熔接在一起。这种焊接模式熔深浅,深宽比较小。图1为利用激光热导焊为飞机某零件进行密封。

2)激光深熔焊

当功率密度比较大(约为106107W/cm2)的激光束照射到材料表面时,材料吸收光能转化为热能,工件吸收激光后迅速熔化乃至气化,熔化的金 属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底,使小孔不断延伸,直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动 时,小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方,凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大,深宽比也大。在航空制造领域,除了微薄零件或特殊要求之外,一般均使用深 熔焊。图2是采用激光深熔焊焊接的某飞机结构件。

2. 激光-电弧混合/复合焊

随着激光焊接技术在工业中的成熟应用,激光焊接技术的不足之处也日渐显露:设备投资、使用成本大,能量利用率低;对工件的焊接装配精度要求高;对于 高反射率金属难以实现激光焊接且容易对激光设备造成损坏;高焊接速度导致焊缝快速凝固,接头中容易产生气孔、咬边缺陷,焊缝组织脆性,甚至焊接裂纹。

为避免单激光焊接出现的问题,研究者提出了激光与电弧复合的焊接方法,其出发点是利用电弧焊接的低成本、适用范围宽等特点辅助激光来进行焊接。激光 -电弧复合主要是激光与PAWTIGMIG/MAG的复合。目前,主要研究了LASER-PAWLASER-MIG两种复合焊接方法:

1LASER-PAW复合焊接技术

等离子弧的引弧性和稳弧性优于TIG焊,电极不易损耗,采用等离子弧与激光复合热源(如图3)进行焊接是一种过程很稳定的焊接技术,有利于保证焊接 质量。不需要真空系统,可以在大气条件下进行大型中厚度零件的焊接;较高的焊接速度,降低了零件的焊接变形;焊接工艺裕度大,对于焊前零件的装配间隙和焊 缝的对中要求可以大大降低,具有良好的实用性。图4LASER-PAW复合焊接飞机桶体结构模拟件。

2LASER-MIG复合焊接技术

LASER-MIG复合焊接技术是激光电弧复合焊接提出以来,研究最多、最为广泛的一种复合焊接方法(如图5)。MIG焊接容易使用焊丝填充焊缝, 采用激光-电弧复合焊接的方法进一步扩大拼缝间隙裕度、减少或消除焊接后接口部位的凹陷,改善焊缝形貌;此外,通过选择不同的焊丝,还可调整焊缝的化学成分,改善力学性能。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

激光焊接技术在汽车燃油滤清器上的应用

   目前国内的燃油滤清器从外壳材料上分主要有两种:钢壳和铝壳。但由于钢壳的成本比较高,而且台湾的钢壳滤清器的价格又做的比较低,所以目前国内的滤清器主要以铝壳居多。但采用铝壳的话在焊接技术方面又遇到了一定的工艺难题,因为传统的焊接技术在铝壳上焊接比较困难,而且废品率很高。鉴于目前的这种形式,奥信激光主要向大家介绍一下激光焊接技术在铝壳滤清器上的应用。

    激光焊接又称熔融焊接,实际上是将两个要焊接的工件的接触面在瞬间高能量密度的激光的照射下融化然后自然焊接在一起,不需要加任何的填料,在焊接的同时吹一定的保护性气体,防止产生飞溅和氧化,这样使焊接面的光洁度非常好。整个焊接的过程除了上下料外全是自动控制,非常简单易行(对于有些有条件的企业也可实行自动送料系统)。

    可能有的滤清器的生产企业已经用上了激光焊接,可能在实际的生产中遇到了产品所承受的液压力不够、有泄漏等现象,这种现象我曾在和国内的一些企业交流的时候都有反映,这并不是说激光焊接就存在这样的缺点。而是他们所选用的激光设备的功率不够大,激光的光学模式不够好和对激光在铝材上焊接的工艺把握不够等因素造成的。

    大家知道铝是一种有色金属,它对激光的反射性比较强,吸收率比较低。这样就需要大家在选择激光焊接设备的时候一定要注意。目前国内的一些激光设备的制造企业对铝材的焊接研究的不够透彻认为和钢材的焊接一样,认为能焊接钢材的激光设备就可以焊接铝材,而流入市场,导致有些企业所购买设备瘫痪在那里。而使有些滤清器的生产厂家对激光焊接失去了信心。

    我公司针对这种情况,对铝材的焊接做了大量的研究,并引进国外先进的激光器技术开发出型号为:AXL-AW400的激光焊接设备。此焊接设备的平均功率大于400W,最大功率可达480W,而且激光的光学模式相当好,特别适合在铝材上的焊接。而且针对铝材的特点又摸索出相应的焊接工艺参数。具备波形制御功能,对焊接的激光波形进行调节,以及激光波形叠加的参数进行调节。这样在对铝壳滤清器的焊接过程中,可以达到足够的焊接熔深,而且有效地防止了铝壳焊接过程中的熔深不够、漏焊、砂眼、裂缝等现象。焊接的成品率在有些企业验证达到了99.96%。对铝壳滤清器焊接后的液压指标可达40多公斤,20多公斤维持10分钟无泄漏。而且焊接面的光洁度相当好。此设备已成功的应用在滤清器企业。而且通过了意大利的权威机构EUROLAB实验室的对焊接后的金相截面测试。

我公司从事激光设备的研究、设计、制造已有多年的历史,目前是国内唯一专注于激光焊接行业的高科技公司。

 


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