激光焊接的 “进化史”
激光焊接技术的发展,是一部充满创新与突破的历史。自 20 世纪 60 年代初激光技术诞生后,激光焊接作为其重要应用领域之一,开始崭露头角。早期的激光焊接设备昂贵、功率有限,主要应用于一些对焊接精度要求极高的特殊领域,如电子器件的微型焊接 ,像集成电路引脚的连接,其焊点微小且要求极高的精度,传统焊接方式难以满足,激光焊接凭借其高能量密度和精确聚焦的特性,成功解决了这一难题。
随着科技的不断进步,高功率激光器的出现为激光焊接的广泛应用奠定了基础。到了 70 年代,激光焊接技术在航空航天领域得到了重要应用,用于焊接钛合金、铝合金等航空材料,这些材料对焊接质量要求苛刻,激光焊接的低热输入和高精度优势得以充分发挥,有效保证了航空零部件的强度和可靠性 ,例如飞机发动机的叶片焊接,激光焊接使得叶片在承受高温高压的情况下依然能够保持良好的性能。
进入 80 年代,激光焊接技术迎来了新的突破,光纤激光器的问世使得激光焊接设备的体积减小、效率提高,成本也逐渐降低,这使得激光焊接技术开始向汽车制造、机械加工等大规模生产领域渗透。在汽车制造中,激光焊接被用于车身结构件的焊接,不仅提高了车身的强度和安全性,还减轻了车身重量,降低了能耗。
到了现代,激光焊接技术已经发展得相当成熟,并且呈现出多样化的发展趋势。激光焊接的模式不断丰富,除了传统的热传导焊和深熔焊,激光复合焊接技术,如激光 - 电弧复合焊,结合了激光和电弧的优点,进一步提高了焊接效率和质量,在船舶制造、桥梁建设等大型结构件的焊接中发挥了重要作用。
龙门式光纤激光焊接机便是在这一技术发展浪潮中应运而生的先进设备,它继承了激光焊接技术的诸多优势,并在此基础上进行了创新和优化,成为了现代工业生产中不可或缺的焊接利器。
龙门式光纤激光焊接机 “解剖”
龙门式光纤激光焊接机,从外观上看,其最显著的特征便是那形似龙门的框架结构 ,这一结构是整个设备的支撑基础,通常由高强度的钢材焊接而成,为设备提供了卓越的稳定性和刚性,就像坚固的城堡城墙,保障着内部精密部件的稳定运行。横跨在龙门框架上的横梁,如同桥梁一般,是焊接装置移动的轨道,焊接装置安装在横梁上,可沿着横梁在 X 轴方向上精准移动,从而实现对工件不同位置的焊接操作。
焊接装置是整台设备的核心执行部件,它集成了激光器、激光传输光纤、焊接头以及相关的光学聚焦系统等。激光器作为产生激光的源头,就像一个能量工厂,源源不断地输出高能量密度的激光束。以常见的连续光纤激光器为例,它能够输出波长为 1080nm 左右的激光,这种波长的激光在金属材料的焊接中具有良好的吸收率和能量传输特性。激光束通过光纤传输,光纤就像是一条高效的能量传输通道,将激光稳定地输送到焊接头。焊接头则负责将激光束聚焦到工件的待焊接部位,通过精确的光学设计,能够将激光束聚焦成极小的光斑,使能量高度集中,瞬间将工件材料熔化,实现焊接。
工作台是放置待焊接工件的地方,根据不同的应用需求,工作台的设计也有所不同。有的工作台配备了高精度的夹具,能够牢固地固定各种形状和尺寸的工件,确保在焊接过程中工件不会发生位移,保证焊接精度。一些高端的龙门式光纤激光焊接机的工作台还具备多轴联动功能,如常见的三轴、四轴甚至五轴联动,通过这些轴的协同运动,可以实现对复杂形状工件的全方位焊接,大大拓展了设备的应用范围。
其工作原理基于激光的热效应。当激光束照射到工件表面时,由于激光能量高度集中,在极短的时间内,工件表面的材料吸收激光能量,温度迅速升高,达到熔点甚至沸点,使材料迅速熔化和汽化。随着激光束的移动,熔化的材料在后续冷却过程中重新凝固,从而形成牢固的焊接接头。在这个过程中,激光的功率、焊接速度、光斑大小等参数都对焊接质量有着关键影响。例如,适当提高激光功率可以增加焊接深度,但过高的功率可能会导致焊缝出现气孔、飞溅等缺陷;合适的焊接速度则能保证焊缝的宽度和成型质量 ,速度过快可能会导致焊接不充分,过慢则会使热影响区过大,影响工件的性能。
那些令人惊叹的应用场景
龙门式光纤激光焊接机凭借其独特的优势,在众多行业中都有着广泛且出色的应用,成为了推动各行业发展的关键力量。
在汽车制造领域,它是提高车身强度与生产效率的利器。汽车车身由众多零部件组成,焊接质量直接影响车身的安全性和整体性能。以某知名汽车品牌为例,在其车身焊接生产线中,龙门式光纤激光焊接机用于焊接车身的关键结构件,如车门框架、车顶与侧围的连接部位等。传统焊接方法在焊接这些部位时,容易出现焊接变形大、焊缝强度不足等问题,而龙门式光纤激光焊接机以其高精度和低热输入的特点,有效避免了这些问题。它能够实现高速焊接,焊接速度比传统焊接方法提高了数倍,大大缩短了生产周期 ,同时,焊缝的质量稳定可靠,强度更高,提升了车身的整体安全性,使得该品牌汽车在碰撞测试中取得了优异的成绩。
在新能源电池行业,龙门式光纤激光焊接机更是不可或缺的核心设备。随着新能源汽车的快速发展,对动力电池的性能和质量要求也越来越高。在锂电池的生产过程中,从电芯的制造到电池 PACK 的组装,焊接环节至关重要。例如,在电池极耳与极柱的焊接中,由于极耳材料通常较薄,传统焊接方法容易出现虚焊、烧穿等问题,影响电池的导电性和安全性。龙门式光纤激光焊接机能够精确控制激光能量和焊接参数,实现对极耳和极柱的高质量焊接,焊接后的接头导电性良好,强度高,有效提升了电池的性能和可靠性。在电池模组的焊接中,它可以快速、精准地完成连接片与单体电池之间的焊接,保证电池模组的一致性和稳定性,为新能源汽车的续航里程和使用寿命提供了有力保障。
航空航天领域对零部件的焊接质量要求近乎苛刻,龙门式光纤激光焊接机凭借其卓越的性能,在这里也发挥着重要作用。在飞机发动机叶片的焊接中,叶片材料多为高温合金,对焊接工艺要求极高,需要保证焊缝的高强度和耐高温性能,同时还要严格控制热影响区,避免叶片性能下降。龙门式光纤激光焊接机利用其高能量密度和精确的光束控制能力,能够实现对叶片的精密焊接,焊缝深宽比大,热影响区小,焊接后的叶片能够承受高温、高压的恶劣工作环境,保证了发动机的高效运行。在火箭贮箱的焊接中,该设备能够实现大尺寸、高精度的焊接,确保贮箱的密封性和结构强度,为火箭的成功发射奠定了坚实基础。
优势大揭秘
龙门式光纤激光焊接机之所以能在众多行业中大放异彩,离不开其相较于传统焊接设备的诸多显著优势。
速度方面,它堪称 “焊接界的闪电侠” 。传统的电弧焊,焊接速度一般在每分钟几十厘米到一米左右,而龙门式光纤激光焊接机的焊接速度可轻松达到每分钟数米甚至十几米 ,在汽车车身部件的焊接中,使用传统焊接设备完成一个部件的焊接可能需要几分钟,而龙门式光纤激光焊接机仅需短短几十秒,极大地提高了生产效率,缩短了产品的生产周期,让企业在市场竞争中能够更快地推出产品,抢占先机。
精度上,它做到了 “毫厘不差”。传统焊接方法由于热输入大,在焊接过程中容易产生较大的热变形,导致焊接精度难以保证,对于一些精密零件的焊接,误差可能达到毫米级甚至更大 ,而龙门式光纤激光焊接机凭借其高能量密度和精确聚焦的激光束,能够实现微米级的焊接精度,在电子元件的焊接中,如芯片引脚的焊接,它可以精确地将引脚与基板连接,误差控制在极小的范围内,确保电子元件的性能稳定可靠。
灵活性上,它表现得 “游刃有余”。传统焊接设备往往受到焊接位置和工件形状的限制,对于一些难以接近的部位或复杂形状的工件,焊接难度较大。龙门式光纤激光焊接机则不受这些限制,其激光束可以通过光纤进行柔性传输,能够轻松地到达传统焊接设备难以触及的地方,实现对各种复杂形状工件的焊接 ,像一些具有内部结构的零部件,传统焊接设备无法深入内部进行焊接,而龙门式光纤激光焊接机可以通过调整激光束的传输路径,完成内部结构的焊接,展现出了强大的适应性。
在焊接质量上,它是 “高品质的保障”。激光焊接的热影响区小,这意味着焊接过程中对母材的热损伤小,材料的组织和性能变化小,焊缝的强度和韧性更高,而且激光焊接的焊缝窄,组织均匀,气孔、裂纹等缺陷少,焊接后的工件表面平整美观,焊后无需进行复杂的打磨、抛光等处理工序,既节省了时间和成本,又提高了产品的质量 ,以医疗器械的焊接为例,高品质的焊接质量保证了医疗器械的安全性和可靠性,符合严格的行业标准。
对材料的适应性上,它是 “万能选手”。传统焊接设备通常只能焊接特定类型的材料,并且对材料的厚度也有一定的限制 ,龙门式光纤激光焊接机则可以焊接多种材料,包括金属、合金以及一些非金属材料,还能实现异种材料之间的焊接,在航空航天领域,经常需要将不同材料的零部件焊接在一起,龙门式光纤激光焊接机能够轻松应对,满足了复杂材料组合的焊接需求。
避坑指南:常见问题与解决办法
在使用龙门式光纤激光焊接机的过程中,难免会遇到一些问题,掌握常见问题的解决办法,能够让我们的生产更加顺畅。
焊接不牢固是一个比较常见的问题。这可能是由多种原因导致的 ,如果焊接电流太小或焊接时间太短,就无法提供足够的能量使材料充分熔化并形成牢固的连接。比如在焊接较厚的金属板材时,若电流设置过小,就会出现焊接不牢固的情况。解决这个问题,需要根据焊接工件的材质、厚度等因素,合理调整焊接电流和时间,通常可以通过试验不同的参数组合,找到最适合的焊接条件。如果焊接工件表面有锈、油或其他杂质,也会影响焊接质量,导致焊接不牢固,因此在焊接前一定要对工件表面进行彻底的清洁处理,可使用专用的清洁剂和工具,确保表面干净无污染。
当出现光斑异常,如光斑不均匀或能量下降时,可能是激光器的谐振腔出现了问题,谐振腔内部的光学元件污染、损坏或位置偏移,都可能导致激光输出的光束质量下降 ,比如反射镜表面沾染了灰尘,就会使激光在反射过程中发生散射,导致光斑不均匀。此时需要及时对激光器的谐振腔进行调整和清洁,可使用专业的光学清洁工具,小心地擦拭光学元件表面,去除灰尘和污渍,同时检查各元件的位置是否正确,如有偏移及时进行调整。另外,激光传输光纤的损坏也可能导致光斑异常,如果光纤出现折断或内部芯层受损,会影响激光的传输,这时就需要更换新的光纤。
设备运行不稳定也是一个需要关注的问题。电源电压波动是导致设备运行不稳定的常见原因之一,如果外部电网电压不稳定,会影响到设备电源模块的正常工作,进而导致激光器输出功率波动,使设备运行不稳定 ,解决办法是安装稳压器,确保输入电压稳定。控制系统故障也可能引发设备运行不稳定,控制软件存在 bug 或设置不当,以及传感器故障等,都可能影响对设备的控制精度和稳定性,遇到这种情况,要及时更新控制软件,修复已知的 bug,并检查传感器是否正常工作,如有故障及时更换。
选购与保养秘籍
在选购龙门式光纤激光焊接机时,多个因素需要纳入考量范围。功率的选择至关重要,需依据实际焊接的材料厚度和焊接工艺要求来确定 。对于薄板焊接,1000W - 2000W 的功率可能就已足够;而在焊接较厚的金属板材,如 5mm 以上的碳钢时,可能就需要 3000W 及以上功率的设备,以确保能够提供足够的能量,实现良好的焊接效果。
工作范围也不容忽视,要根据工件的尺寸大小来挑选合适工作范围的设备。若经常焊接大型工件,如大型机械部件,就需要选择工作台面大、焊接行程长的龙门式光纤激光焊接机,以保证能够覆盖工件的整个焊接区域;反之,对于小型精密零件的焊接,可选择工作范围相对较小但精度更高的设备 。
品牌和售后服务同样关键,优先选择市场上口碑良好、知名度高的品牌,这些品牌通常在技术研发、生产工艺上更具优势,设备的质量和稳定性更有保障 。同时,完善的售后服务能够在设备出现故障时及时响应,提供快速的维修和技术支持,减少停机时间,降低生产损失。在购买前,要了解厂家的售后网点分布、售后服务响应时间以及维修人员的技术水平等。
日常保养是确保龙门式光纤激光焊接机长期稳定运行的关键。每天使用前,应对设备进行外观检查,查看各部件是否有松动、损坏的迹象,特别是龙门框架、横梁等关键结构部位的连接螺栓是否紧固 ,若发现松动应及时拧紧,防止在焊接过程中因部件松动导致设备运行不稳定,影响焊接精度。检查焊接头的镜片是否清洁,若镜片上有灰尘、油污等污染物,会影响激光的传输和聚焦效果,导致焊接质量下降,可用专用的光学清洁布和清洁剂轻轻擦拭镜片,保持镜片的清洁。
定期保养也必不可少,每运行一定时长后,需对激光器进行维护,包括检查激光器的谐振腔,确保内部光学元件的位置准确,无灰尘、霉变等情况 。如发现谐振腔内部的反射镜、透镜等元件有污染,应及时进行清洁或更换;检查激光传输光纤是否有弯折、破损,若光纤出现问题,会影响激光的传输效率和光束质量,一旦发现光纤损坏,应及时更换新的光纤。冷却系统也需要定期维护,检查冷却水的水位、水质,确保冷却水的循环正常,水质良好,定期更换冷却水和过滤器,防止冷却系统堵塞或结垢,影响激光器的散热效果,导致激光器过热损坏。
未来已来:展望与总结
展望未来,龙门式光纤激光焊接机在技术创新的道路上前景广阔。随着激光技术的持续突破,其功率和光束质量有望进一步提升,实现更高速、更高精度的焊接 ,或许在未来,它能以更快的速度完成焊接任务,同时将焊接精度提升至亚微米级,满足如芯片制造等对精度要求近乎极致的行业需求。智能化也是重要的发展方向,通过引入人工智能和机器学习技术,设备能够根据焊接过程中的实时数据自动调整参数,实现自适应焊接,提高焊接质量的稳定性,比如在焊接不同批次的工件时,能自动识别并优化焊接参数,减少人为干预,降低废品率。
在应用拓展方面,除了现有的汽车、新能源、航空航天等领域,龙门式光纤激光焊接机还将在更多新兴领域崭露头角 。在智能制造领域,它将与自动化生产线深度融合,成为智能工厂的关键设备之一,实现从原材料到成品的高效、精准焊接加工;在海洋工程领域,用于焊接大型海洋装备的零部件,凭借其高焊接质量和适应性,确保海洋装备在恶劣环境下的可靠性和安全性。
龙门式光纤激光焊接机作为现代焊接技术的杰出代表,以其卓越的性能和广泛的应用,为各行业的发展注入了强大动力 。它不仅改变了传统的焊接生产方式,提高了生产效率和产品质量,还推动了行业的技术进步和创新发展。相信在未来,随着技术的不断进步和应用领域的不断拓展,龙门式光纤激光焊接机将在更多领域发挥关键作用,为推动制造业的高质量发展,为我们的生活带来更多创新和便利。