焊接作為鈑金加工中重要的加工工藝，其勞動強(qiáng)度之大，工作環(huán)境惡劣，技能要求較高。因此，焊接技術(shù)的自動化和新型焊接方式一直是技術(shù)工作者們研究的重點。實現(xiàn)焊接自動化的關(guān)鍵在于對質(zhì)量和效率的有效控制，這需要解決電弧與焊縫對中、零件間隙均勻、焊透以及焊接變形控制等問題。
隨著激光焊接技術(shù)的迅速發(fā)展，該技術(shù)在眾多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。在家電產(chǎn)品、高科技電子、汽車制造、高鐵制造、精密加工等領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)展現(xiàn)出了其獨特的優(yōu)勢。這種技術(shù)的出現(xiàn)，不僅改變了傳統(tǒng)焊接的方式，也極大地提高了焊接的效率和精度。隨著科技的不斷發(fā)展，焊接技術(shù)也在不斷進(jìn)步。從最初的手工焊接，到現(xiàn)在的自動化焊接和新型焊接方式，焊接技術(shù)已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。
激光焊接的特點
激光焊接是利用激光器將高能激光束耦合進(jìn)人造光纖，傳輸后通過準(zhǔn)直鏡校直為平行光，再聚焦于工件上，聚集成能量密度極高的熱源，熔化連接處材料，隨后液態(tài)金屬快速冷卻后形成高質(zhì)量焊縫的焊接方法，如圖1所示。
圖1 激光焊
操作簡單易學(xué)
激光焊接設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作過程易學(xué)，上手容易。對焊接操作人員的專業(yè)性要求不高，極大節(jié)省了人工成本。
可進(jìn)行微型焊接
激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊。
靈活性高
激光焊接機(jī)可實現(xiàn)任意角度焊接，可焊接難以接近的部位，也可焊接各種復(fù)雜的工件和形狀不規(guī)則的大型工件，實現(xiàn)任意角度焊，具有較高的靈活性。
焊接效果好
激光焊接后的零件表面平整、無需打磨、沒有黑邊、沒有焊疤，焊縫無氣孔、裂紋、咬邊、下塌等缺陷，焊縫外觀相比較普通二保焊和氬弧焊更加美觀平順。
安全性能強(qiáng)
高安全焊嘴只有在接觸金屬時才能觸動開關(guān)，觸摸開關(guān)具有體溫感應(yīng)。專用激光發(fā)生器在操作時有安全要求，操作師傅需要佩戴激光發(fā)生器防護(hù)眼鏡，以減少對眼睛的傷害。
激光質(zhì)量高
激光聚焦后，功率密度高，高功率低階模激光聚焦后，焦斑直徑小，對發(fā)展薄板自動化焊接有著極大的促進(jìn)作用。
焊接速度快，深度大、變形小
激光焊接功率密度高，焊接過程中在金屬材料中形成小孔，激光能量通過小孔傳遞到工件深處，橫向擴(kuò)散較少；激光束掃描過程中材料熔合深度較大；速度快，單位時間焊接面積大。
人工焊接成本低
激光焊接熱輸入極低，焊后變形量很小，焊渣少，焊渣無噴濺，可以達(dá)到表面非常漂亮的焊接效果，激光焊后處理少，可以減少或消除后續(xù)拋光和整平工序上產(chǎn)生的人工成本。
焊接難焊接的材料
激光焊接不僅可以對多種異質(zhì)金屬材料施焊，還可用于鈦、鎳、鋅、銅、鋁、鉻、鈮、金、銀等金屬及其合金以及鋼，可伐合金等材料的焊接，能很好地滿足家電產(chǎn)品新材料的開發(fā)應(yīng)用。
適合焊接薄板非噴涂外觀件
激光焊接機(jī)焊接縱橫比大，能量比小，熱影響區(qū)小，焊接變形量小，特別適用于焊接薄板非噴涂外觀零件以及精密和熱敏零件，可減少焊后修正和二次加工。
激光焊接優(yōu)勢對比
激光焊接根據(jù)焊接時焊縫的形成特點，可以把激光焊分為熱傳導(dǎo)焊接和激光深熔焊接。熱導(dǎo)焊使用激光功率低，熔池形成時間長且熔深淺，多用于小型零件的焊接；深熔焊功率密度高，激光輻射區(qū)金屬熔化速度快，在金屬熔化的同時伴有強(qiáng)烈的氣化，能獲得較大熔深的焊縫，焊縫寬度比可達(dá)10:1。光纖傳輸激光焊接機(jī)選配CCD攝像監(jiān)視系統(tǒng)，方便觀察和精確定位；其焊斑能量分布均勻，具有焊接特性所需的最佳光斑；適用于各種復(fù)雜焊縫、各種器件的點焊、滿焊以及1mm以內(nèi)薄板的縫焊。
影響激光焊接的主要因素有光束特性、焊接特性、保護(hù)氣體、材料特性以及焊接性能。⑴光束特性包括激光器、光學(xué)配置等；⑵焊接特性包括焊接接頭形式、焊縫分布、裝配精度、焊接工藝參數(shù)等；⑶保護(hù)氣體包括保護(hù)氣體的種類、流量、保護(hù)力式等；⑷材料特性主要與激光的波長、材料的性質(zhì)、溫度、表面狀況有關(guān)，大部分材料對短波長的激光吸收率更高，室溫時材料對激光吸收率較低，溫度升高時吸收率急劇增大；⑸材料的焊接性能包括熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、熔點、沸點等特性。
激光焊接相比傳統(tǒng)的手工氬弧焊或者氣保焊，采用最新一代光纖激光器，配置自主研發(fā)的焊接頭，具有操作簡單、焊縫美觀、焊接速度快、無耗材的優(yōu)勢，在不銹鋼板、鐵板、鍍鋅板、鋁板等金屬材料焊接方面，可完美取代傳統(tǒng)氬弧焊、電焊等工藝。鈑金件氬弧焊焊縫和激光焊焊縫對比如圖2所示。
圖2 氬弧焊焊縫和激光焊焊縫對比
薄板常用的焊接方式有很多種，如激光焊接、電子束焊、氬弧焊、電阻焊、等離子弧焊等，而激光焊接與其他常用的焊接方法相比在熱影響區(qū)、深度比、焊縫斷面形貌、操作難易、自動加工、人工成本等方面有較大的優(yōu)勢。激光焊接與其他焊接方式對比見表1。
表1 激光焊接與其他焊接方式對比
注：“√”表示優(yōu)勢；“×”表示劣勢；“0”表示適中。
激光焊接工藝參數(shù)設(shè)定
激光焊接設(shè)備關(guān)鍵在于工藝參數(shù)的設(shè)定與調(diào)整，根據(jù)零件的料厚和材質(zhì)選擇不同的掃描速度、寬度、功率等數(shù)值（占空比和脈沖頻率通常情況下不需要改動），如圖3所示，常見工藝參數(shù)見表2。
表2 常見工藝參數(shù)表
圖3 激光焊接設(shè)備工藝參數(shù)設(shè)定
⑴工藝界面包含調(diào)試的工藝參數(shù)，點擊框可修改，修改完畢后點擊OK，然后保存在快捷工藝，使用時點擊導(dǎo)入即可；⑵掃描速度范圍 2～6000mm/s,掃描寬度范圍 0～5mm。掃描速度受到掃描寬度的限制，該限制關(guān)系是：10≤掃描速度/(掃描寬度×2) ≤1000，如果超過限制，則會自動變?yōu)闃O限值。掃描寬度設(shè)為0 時，則不會掃描(即點光源)（最常用的掃描速度：300mm/s，寬度 2.5mm）；⑶峰值功率需小于等于參數(shù)頁激光器功率；⑷占空比范圍 0～100（默認(rèn)100，通常情況下不需要改動）；⑸脈沖頻率范圍建議 5～5000Hz（默認(rèn)2000，通常情況下不需要改動）。
不同料厚和材質(zhì)的焊接功率不同，激光器功率為使用的激光器的最大功率。開光時由工藝功率的百分之N1,漸進(jìn)至 100%；關(guān)光時由工藝功率的百分之百，漸進(jìn)至N2，如圖4所示。
圖4 激光功率示意圖
激光焊接設(shè)備應(yīng)用
我司商用焊接車間焊接設(shè)備有：松下YC-315TX氬弧焊機(jī)、松下YC -300WX氬弧焊機(jī)、米勒二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)、佳十WF-21二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)、OTC 二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)和MIG焊機(jī)等，如圖5、圖6、圖7所示。
圖5 YC-315TX氬弧焊機(jī)
圖6 佳士WF-21二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)
圖7 OTC二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)
按照我司單車間產(chǎn)能，在焊接、打磨作業(yè)上可以減少人員投入3人，綜合變形量減少20%，打磨工作量減少30%，焊接質(zhì)量綜合提升20%，焊接效率提升50%。經(jīng)過產(chǎn)品工藝質(zhì)量驗證和生產(chǎn)操作驗證，激光焊接機(jī)可以完全替代傳統(tǒng)焊機(jī)，效果非常明顯。隨著我司涉足大巴空調(diào)、智軌空調(diào)以及高端家電等領(lǐng)域的產(chǎn)品開始涌現(xiàn)，為滿足機(jī)組輕量化和高端材料的客戶要求，只有強(qiáng)光焊接才可以完全滿足此類機(jī)組結(jié)構(gòu)件的焊接連接，這是傳統(tǒng)焊接無法達(dá)到的。
結(jié)束語
焊接技術(shù)是我國成為制造大國的重要基石。如今，幾乎所有領(lǐng)域，如機(jī)械制造、石油化工、交通能源、冶金、電子、航空航天等，都離不開焊接技術(shù)的支撐。新一代的焊接技術(shù)，以電子束焊和激光焊接為代表，正被愈加廣泛地應(yīng)用?？紤]到環(huán)保和經(jīng)營成本的因素，激光焊接具有高功率密度、無電極污染、非接觸、機(jī)具損耗少，且不受磁場影響，能精準(zhǔn)對準(zhǔn)焊縫等諸多優(yōu)點。因此，激光焊接是未來焊接的發(fā)展趨勢，這也需要企業(yè)技術(shù)人員在應(yīng)用層面提出更好、更高的要求，以推動激光焊機(jī)企業(yè)共同前行。
文/盧長水， 談筱瑜， 黃啟存， 汪浩松·珠海格力電器股份有限公司鈑金噴涂分廠
