焊接是應用最廣泛、最重要的材料永久連接方法,在提高材料利用率、減輕結(jié)構(gòu)重量、降低成本方面獨具優(yōu)勢。激光焊接則是近十年應用發(fā)展速度最快的焊接方法,其利用可聚焦可調(diào)控的高能量密度激光束為熱源實現(xiàn)材料的熔化焊接。激光束方向性、單色性和相干性極好,熱作用集中、焊接變形小,焊接結(jié)構(gòu)制造精度高,柔性自動化實施性好,與機器人、工藝數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)管理等先進工藝模式有機結(jié)合,可實現(xiàn)數(shù)字化智能化制造,是現(xiàn)代裝備結(jié)構(gòu)制造中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù),在汽車、船舶、高速列車以及航空航天結(jié)構(gòu)中得到成功應用,其中汽車行業(yè)已將激光焊接確定為結(jié)構(gòu)制造標準化工藝,激光焊接技術(shù)在國際上被視為最具發(fā)展?jié)摿Φ南冗M焊接技術(shù)。
激光焊接應用的發(fā)展隨著激光、冶金、材料、力學、測控、信息、機電等學科的進步發(fā)展,是現(xiàn)代科學技術(shù)在材料加工領(lǐng)域應用的綜合體現(xiàn),尤其是千瓦級以上的大功率激光焊接技術(shù),幾乎與激光器的進步相伴。從20世紀80年代的CO2激光、YAG激光,已擴展出半導體激光、光纖激光,激光功率由1kW提高到100kW,其中光纖激光焊接是目前激光焊接新工藝研究熱點。
激光焊接由于熱作用形式的不同、可適合產(chǎn)品對象也不同,所需解決的關(guān)鍵問題也是因需而異。激光焊接應用最廣的是薄壁結(jié)構(gòu)焊接,隨著航空結(jié)構(gòu)應用需求的發(fā)展,激光焊接技術(shù)的一個應用發(fā)展是面向中等厚度結(jié)構(gòu)的激光復合熱源焊接技術(shù),目的是拓展激光焊接技術(shù)應用范圍,解決未來裝備結(jié)構(gòu)的中厚度結(jié)構(gòu)高精高效焊接之需。
激光焊接也存在固有缺點:
(1)合金強化金屬激光焊接因凝固結(jié)晶易形成低熔共晶而導致焊接裂紋,如高強鋁合金;
(2)激光焊接過程的小孔動態(tài)不穩(wěn)定易于導致焊縫氣孔;
(3)激光光斑尺寸小,要求焊接部位的裝配精度很高;
(4)高反射材料激光焊接,激光反射不僅易于引起人員傷害,而且易于損害激光焊接設(shè)備,影響設(shè)備工作的可靠性。這些問題是國內(nèi)外激光焊接工程師一直致力于的研究主題,從利用激光焊接固有特性的工藝創(chuàng)新,到組合激光焊接工藝技術(shù)和激光復合熱源焊接技術(shù)的研究,激光焊接工藝向精密化、高效化方向發(fā)展;激光焊接裝備向智能化、信息化方向發(fā)展;焊接裝配向數(shù)字化、柔性化方向發(fā)展。
激光焊接技術(shù)發(fā)展的每一步涉及的都是新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝,在克服已有工程問題的基礎(chǔ)上,又面向新型材料、新型結(jié)構(gòu)的焊接衍生出新的科學問題和工程問題。未來的飛機以及發(fā)動機更加強調(diào)長壽命、高機動性、低成本和損傷容限設(shè)計,制造技術(shù)對輕量化、整體化結(jié)構(gòu)件制造、新型結(jié)構(gòu)件精密制造、低成本高效新工藝的需求更強烈,激光焊接技術(shù)仍然將起著重要的作用,其發(fā)展趨勢是:
(1)高效、自動化、智能化的激光焊接,而且電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、傳感檢測和信息處理等技術(shù)的發(fā)展,也為焊接過程向柔性化、自動化、智能化的方向邁進提供有利的技術(shù)保障;
(2)全數(shù)字化激光焊接,包括焊接過程仿真、焊接質(zhì)量監(jiān)測、焊接結(jié)構(gòu)力學的可靠性評價,這將會大大提高航空產(chǎn)品的質(zhì)量;
(3)一體化集成復合型激光焊接,“一次裝夾,全部完工”的數(shù)控加工理念也正在引入焊接領(lǐng)域,傳統(tǒng)的單一功能焊接設(shè)備逐漸被復合型設(shè)備所取代,這些都必將對飛機、發(fā)動機制造業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。