激光焊接系统和机构方面的技术水平现状

激光焊接系统和机构方面的技术水平现状

在激光焊接（英语 laser welding）过程中，激光将材料加热至熔化温度。激光束借助光学系统聚焦。通过激光束和工件之间的相对运动产生焊缝。为了防止焊接表面发生氧化，在激光焊接加工过程中会使用氩气作为保护气体。激光技术的研究开发和应用正在逐步发展，国外一些工业发达国家在国家层面出台相应政策和计划，促进激光技术的发展。在美国和欧洲过去的十年已经生产各种激光系统、设备。从2018年国外激光应用方式占总销售数据来看，见下表，其中应用于焊接的激光的应用也占有相对大的比例，随着制造积累的经验会进一步促进焊接技术发展，同时也会加大激光在焊接方面的应用。

随着激光配套电子，光学技术的发展，激光设备市场也随之发展。针对不同激光器开发的激光打标机，激光切割机，激光焊接机等已经实现国产化，纷纷推向市场。国内激光器厂家已能量产中、小功率(30~500W)的Nd:YAG固体激光加工系统和高功率(100~5000W)加工系统，它们的使用也非常广泛。下表为广东省2018年的激光加工系统应用方式数据看出，单单2018年就有总数约24000台激光设备用在各行各业。

激光焊接机方面，国内的大族激光和光大激光已经批量化生产半自动的激光焊接机。通过对比总结，市面上待售激光焊接设备主要由以下方面组成：

激光系统方面

激光器多数选用进口元器件构成，用于焊接的激光器具体有Nd:YAG激光器、二氧化碳激光器以及光纤激光器。其中最常用的是Nd:YAG激光器。根据不同应用选用不同的激光器，使用工业电脑或PLC控制激光的波形、频率、脉宽等，进而控制激光能量，配合控制焊接工作台运动速度、运动方向实现可靠焊接。设置能量负反馈控制，通过尾部输出端能量检测装置检测与设定的能量差值，使其控制在一定的百分比内。提高输出激光能量的稳定性。部分机型设置焊接监控CCD，测温传感器。实时检测焊接区域的温度、焊接表面状况等，信息反馈到控制系统进行调控制，更进一步提高焊接品质。

机构方面

自带保护气体输送装置，用于传送惰性气体，以避免焊接过程氧化进而保护焊缝。焊接时保护气体的加载方式有固定型和移动型，移动型使得焊接时保护气体输送位置更加靠近焊接点。控制系统能对参数进行设置和实时显示，当某一部位发生异常时系统会报警并给予提示。激光焊机内置X/Y/Z运动，根据需要可加装旋转轴用于受控焊缝。焊接工件或激光头运动的精度、重复精度对焊接精度影响很大，多选用高档滚珠丝杆或直线滑轨。按光束与焊接工件的相对运动，根据不同的加工难度，激光加工机可进行为二轴、三轴，四轴甚至四轴以上的运动，这些多由伺服系统执行。

激光加工机多由多维伺服系统构成，通过伺服运动组合，加工不同的形状和位置可以实现三维加工，像在汽车车身切割，能大幅降低成本，缩短新产品上市时间。市场上常见的有焊接机器人，和桌面焊接机。它的特点是柔性度较高，针对不同的产品可以快速切换焊接路径，焊接参数。它的缺点是不提供自动上料，不考虑加工的效率，投入和产出不匹配。激光焊接也存在一些缺点，但优点更明显，故已逐渐用于紧固其他类产品，成为制造业不可缺少的技术手段。

实践证明，焊接质量水平影响着工程的进度以及质量，焊接设备的加工质量、精度与自动化水平直接影响着焊接质量。因此对激光焊接设备的自动化方式、结构和控制系统进行研究显得格外重要。 在微型电机行业，生产批量大，就很有必要开发新的工装系统，实现激光焊接自动上料和高效率生产。