一、概述
激光焊接技術(shù)在航空航天、造船、車輛制造等工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日趨廣泛，僅就大功率激光焊接使用的設(shè)備而言，目前主要采用的是氣體激光器和固體激光器。固體激光器與氣體激光器相比，其波長(zhǎng)短，光束可通過(guò)光導(dǎo)纖維傳送，可與機(jī)器人和焊接專機(jī)配合，具有柔性自動(dòng)化的特點(diǎn)，是焊接用激光器的發(fā)展方向。哈爾濱焊接研究所是我國(guó)最早開(kāi)展大功率固體激光焊接技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)。近幾年來(lái)，哈爾濱焊接研究所緊跟國(guó)際前沿焊接技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)大功率固體激光( Nd : YAG) + 電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用開(kāi)發(fā)。為了推廣激光及激光+ 電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)在我國(guó)生產(chǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用，本文重點(diǎn)對(duì)哈爾濱焊接研究所進(jìn)行的激光及激光+ 電弧復(fù)合熱源焊接的研究成果及應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。
二、激光焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用
1. 激光焊接技術(shù)的研究
哈爾濱焊接研究所在20 世紀(jì)90 年代中期，引進(jìn)了德國(guó)HAAS 公司2k W Nd : YAG 固體激光器，重點(diǎn)開(kāi)展了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激光焊接參數(shù)對(duì)焊縫形狀( 主要是焊縫熔深) 的預(yù)測(cè)研究，該方面的研究既可以根據(jù)不同的激光焊接參數(shù)預(yù)測(cè)焊縫熔深，同時(shí)又可以根據(jù)不同的熔深給出有效的激光焊接參數(shù)，這對(duì)試驗(yàn)研究和生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。
為了監(jiān)測(cè)激光深熔焊接過(guò)程中的小孔穩(wěn)定性，哈爾濱焊接研究所率先在國(guó)內(nèi)開(kāi)展了Nd : YAG 激光焊接過(guò)程同軸視覺(jué)傳感技術(shù)的研究。Nd : YAG 激光焊接過(guò)程同軸視覺(jué)傳感系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)小孔狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和研究，還可以基于對(duì)小孔形態(tài)的監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)焊縫熔深的檢測(cè)和工件焊透與否的檢測(cè)。焊縫熔深的檢測(cè)值和實(shí)驗(yàn)值比較表明，工件未焊透時(shí)焊縫熔深的檢測(cè)誤差一般不超過(guò)12 % ; 而在工件焊透后焊縫熔深的檢測(cè)值則明顯大于工件厚度。因此，基于工件焊透后焊縫熔深的檢測(cè)值和工件厚度的比較可以檢測(cè)工件焊透的情況。圖1為采用碳鋼材料，激光功率1200W，焊接速度1.8m/ min，激光焦距位于工件表面上時(shí)采集到的小孔同軸視覺(jué)圖像，圖2 是在采集到的小孔同軸視覺(jué)圖像的基礎(chǔ)上提取出的三維灰度圖。
2. 激光焊接技術(shù)的應(yīng)用
哈爾濱焊接研究所開(kāi)發(fā)的激光焊接技術(shù)應(yīng)用在民用制造領(lǐng)域主要是車輛制造業(yè)，主要應(yīng)用的產(chǎn)品有汽車變速箱組合齒輪焊接、變速箱齒輪與軸的焊接、轎車用汽車轉(zhuǎn)向器助力油缸的焊接( 見(jiàn)圖3) 以及高級(jí)轎車車燈支架的焊接( 見(jiàn)圖4) 等。其中轎車用汽車轉(zhuǎn)向器助力油缸的焊縫形式為馬鞍形焊縫; 高級(jí)轎車車燈支架的焊縫形式為空間三維曲線焊縫。采用激光- 機(jī)器人三維空間焊接技術(shù)使空間三維焊縫的焊接變得輕松自如。圖5為正在焊接中的高級(jí)轎車車燈支架。
此外，哈爾濱焊接研究所還將激光焊接技術(shù)應(yīng)用到不銹鋼傳送帶的焊接，不銹鋼電控開(kāi)關(guān)柜的焊接，新型薄壁不銹鋼散熱器的焊接( 見(jiàn)圖6) 等民用產(chǎn)品制造領(lǐng)域。軍用武器裝備用精密儀器部件的焊接也是哈爾濱焊接研究所激光焊接技術(shù)重要應(yīng)用領(lǐng)域。
三、激光+ 電弧復(fù)合焊接技術(shù)的研究與應(yīng)用
1. 激光+ 電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)研究
“激光+ 電弧復(fù)合熱源焊接” 是一種新型焊接方法，這種新型焊接方法既具備一般電弧焊的高適應(yīng)性特點(diǎn)，又具備激光作為焊接熱源的大熔深、高速、低變形特點(diǎn)，它是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的優(yōu)質(zhì)高效焊接技術(shù)。哈爾濱焊接研究所激光+ 電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)主要針對(duì)大功率固體激光( Nd：YAG) + GMAW 電弧的復(fù)合，研究的方向主要有低碳鋼激光+ 短路過(guò)渡MAG 電弧復(fù)合熱源焊接特性、鋁/ 鋼大光斑Nd：YAG激光+ 脈沖MIG 復(fù)合熱源高效熔- 釬焊接技術(shù)和高強(qiáng)鋁合金大功率固體激光( Nd： YAG) + 脈沖MIG 電弧復(fù)合熱源焊接技術(shù)等。
( 1) 低碳鋼激光+ MAG 短路電弧復(fù)合熱源焊接特性研究表明，單獨(dú)的短路MAG 電弧焊在較小的焊接電流(30 ～60A) 和較高的焊接速度下(> 1.5m/ min) ，很難獲得穩(wěn)定的焊接過(guò)程。圖7 為短路過(guò)渡MAG 電弧焊，當(dāng)電弧電壓16V，焊接電流50A，焊接速度1.5m/ min時(shí)的電壓電流波形圖。在此短路過(guò)渡電弧的基礎(chǔ)上加入激光，且激光功率超過(guò)900 W，位于深熔焊模式區(qū)，在高速焊接的條件下也可以獲得穩(wěn)定的短路過(guò)程。圖8 為電弧電壓為16V，焊接電流50A，焊接速度1.5m/ min，激光功率1200 W復(fù)合焊接時(shí)電壓、電流波形圖。小電流短路MAG電弧與大功率激光復(fù)合<
