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【第六十三期】大工技述:打破国际传统的激光诱导电弧焊接技术

2019-07-11  点击:[]

激光-电弧复合焊接是一种先进的复合焊接方法,其结合了激光焊和电弧焊两种焊接方式的优点,在实现单面焊双面成形、降低焊接变形、减少材料热损伤、提高焊接生产效率等方面具有独特的技术优势,是未来高端装备制造业领域中实现传统弧焊技术升级的重要方向,有望在轨道交通、造船、汽车、工程机械、能源电力等领域获得深入推广应用。

图片1

激光-电弧复合焊接示意图

激光-电弧复合焊接技术已经在众多领域实现生产应用,德国奥迪公司成功运用激光-电弧复合焊技术生产全铝结构的“奥迪A8”轿车;日本三菱重工公司在2003年就已经将复合焊技术用于复杂结构车身的焊接;船舶行业的Meyer船厂、芬兰的KVAERNER船厂、德国的MEYER-WERFT船厂、 意大利的FINCANTIERI船厂是应用激光-电弧复合焊技术的几家典型造船厂。

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我校材料科学与工程学院教授刘黎明科研团队多年来围绕低能耗、高效多热源耦合焊接技术,环境友好连接技术与材料等研究领域,开展了深入的理论和实验研究,在低功率激光诱导电弧复合焊接理论、技术、装备及应用等方面取得了系列成果,获得多项技术专利及奖项,并成功实现示范应用。

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目前激光-电弧复合焊接技术研究国际上主要采用几千瓦甚至几十千瓦的大功率激光与电弧进行复合,以大功率激光为主导,电弧焊接为辅。刘黎明教授采用具有较低功率的脉冲激光对电弧进行诱导和增强,使电弧的能量密度呈百倍提升,达到了与国际上6kW大功率激光器相同的焊接效果。与传统的大功率激光焊接相比,激光诱导电弧复合焊接技术通过1000W以下脉冲式激光对电弧的诱导增强,不仅能够显著提高电弧的焊接熔化能力,同时具有节约能源,可实现焊接热源柔性调控的技术优势。刘黎明教授研发激光诱导电弧复合柔性焊接技术经鉴定属国际首创技术,整体技术达到国际先进水平

经过多年研究积累,研究团队现已针对飞机、船舶及车辆制造需求开发出系列的激光诱导电弧复合焊接技术及成套装备形成了以能量匹配控制系统及激光诱导电弧智能焊接控制系统为核心的高品质焊接制造技术体系,围绕该领域累计获得国家发明授权专利二十余项。

刘黎明教授团队开发出的成套激光诱导电弧复合柔性焊接装备具有成本低、能耗低两大优势,可实现铝合金、镁合金、钛合金等有色金属及钢铁材料的高性能焊接。

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镁合金具有质量轻、抗震性能好等优势,被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域,实现镁合金结构件的优质焊接对于轻质结构的应用具有重要意义。刘黎明教授项目团队采用激光诱导电弧复合焊技术成功实现0.5mm-5mm镁合金板材的优质高效焊接。结果显示,镁合金薄板焊缝正面光滑平整,成形良好,焊接接头性能达到母材的90% 以上。采用同一技术焊接厚度为2mm的镁合金板材,焊接效果更好,焊缝正面光滑平整,焊缝背面连续稳定,焊接接头性能达到了母材的95%

图片4-0.5mm镁合金板材焊接试件形貌

0.5mm镁合金板材焊接试件形貌

钛合金具有比强度大、比重量轻、耐高温、加工成形性以及焊接性良好等优点,被广泛应用于航天、航空等领域。钛合金的熔沸点高,焊接过程中需要的热输入较大,刘黎明教授项目团队利用激光诱导电弧复合焊接技术在大气环境下局部保护下实现了TC4( 0.80-5.0mm 板材)钛合金的优质高效焊接。焊缝成形均匀美观,焊接接头性能均达到钛合金母材的90%以上。在此技基础上围绕角接、搭接、T型结构等钛合金结构件焊接制造需求,开展系列基础研究,成功实现了复杂钛合金结构件的优质高效焊接。

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刘黎明教授科研团队围绕该领域近年来先后承担了包括国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家科技重大专项等国家及省部级项目20余项。(如:国家自然科学基金汽车联合基金:高强钢/铝及全铝车身用材料复合连接技术基础研究、国家科技重大专项:大型曲面板对接焊接自动化加工技术及装备开发、钛合金激光-电弧复合焊接装备示范应用等项目)。刘黎明教授团队与天津电力机车有限公司合作建立了一套全自动化机器人激光诱导电弧复合焊接技术装备平台,该平台可实现角焊、立焊、仰焊以及横焊等全位置焊接,可实现柔性的智能化焊接制造,能够满足结构复杂的机车焊接需求。

人物介绍

刘黎明,大连理工大学材料科学与工程学院教授,博士生导师,国家自然科学基金杰出青年基金获得者,长江学者特聘教授,“新世纪百千万人才工程”国家级人选。主要研究方向为激光诱导电弧复合焊接技术,异种金属焊接技术,焊接装备智能化、数字化研究。围绕绿色焊接制造领域在国内外知名期刊发表学术论文300余篇,被SCI检索超过200篇,SCI他引2000余次,曾获得包括国家技术发明二等奖在内的国家及省部级奖励十余项。

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文字作者:苗新

编辑排版:耿智荟 马婷婷

责任编辑:景  博 蔡  琳

信息校对:李思静

 

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