文档介绍：自动化激光焊接机
项目可行性研究报告
二〇一二年六月
目录
一、立项的背景和意义……………………………………………1
二、国内外研究现状和发展趋势…………………………………2
三、研究开发内容及和技术关键…………………………………4
四、预期目标………………………………………………………11
五、………………12
六、计划进度安排…………………………………………………14
七、现有工作基础和条件…………………………………………15
………………………………………………………16
项目立项的背景和意义
世界上钢及其它金属产量、品种的不断增长及其对制品质量、性能要求的日益提高,特别是随着我国的入世及世界制造加工基地向我国不断转移,作为工业缝纫和线(材料)的焊割机和焊丝、焊条的数量、质量和品位及其自动化生产水平,也将有限大提高。按每亿吨钢材需求25万台焊机,我国每年消耗钢材3亿吨(),需要焊机约75万台,另外,我国的焊接自动化率还不足30%,同发达工业国家的80%差距甚远。不难预测,今后8-10年内将会继续保持高速发展。为适应国内外市场急速发展和激烈竞争的需求,焊接设备与制造业必将以市场为目标,进行传统、通用产品改造、产品结构的调整、质量认证和规范管理,组织化规模化、专业化、自动化的批量生产;同时加强对现代焊接技术的研究开发,特别是发展高效、节能、高性能、优质高速焊接设备、重大装备及其数字化控制技术和新焊接材料,取代进口,争取出口。
激光焊缝熔深
电弧焊焊缝熔深
图1 焊缝熔深对比图
激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明。激光是指在能量相应于两个能级能量差的光子作用下,诱导在高能态的原子向低能态跃迁,并同时发射出相同能量的光子。其产生的基本条件包括泵浦源、激活介质和谐振腔等。激光具有
焊缝深宽比大、热影响区窄、焊接速度快、焊接线能量低、焊接变形小、聚焦后的光斑直径小(-)和能量密度高(106W/cm2)的特点(如上图1所示为电弧焊与激光焊焊缝熔深对比图),具有传统焊接技术无可比拟的优势。
早在1917 年,爱恩斯坦就已经提出了受激发射的基础理论,但真正具有应用价值的激光器的出现却迟后了几十年。激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属于热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法,随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功,使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。目前在焊接方法领域的研究比例中,激光焊接约占20%,仅次于气体保护焊,焊接用激光器要求功率密度高104—1015W/cm2、功率密度分布呈基模态、光束质量好。常用的焊接激光器主要包括如下几种:CO2气体激光器、Nd:YAG 激光器、光纤激光器、碟形YAG激光器和半导体阵列激光器等。
综上所述,研发先进自动化激光焊接设备,具有广阔的市场前景,对促进我国激光应用行业的发展起到积极促进作用,具有显著的经济、社会效益。
二、项目的国内外研究现状和发展趋势
国外专家认为,焊接技术仍将是制造业的重要加工工艺。它是一种精确、可靠、低成本,并且是采用高科技连接材料的方法,还没有其他方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接,并对所焊的产品增加更大的附加值。目前,激光焊接的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各种金属材料时的理论,包括激光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等,并对镍基耐热合金、铝合金及镁合金的焊接性,焊接现象建模与数值模拟,钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接,激光接头性能评价等方面。
另一方面,随着数字化技术日益成熟,代表先进技术的数字焊机、数字化控制技术业已稳步进入市场。三峡工程、西气东输工程、航天工程、船舶工程等国家大型基础工程,有效地促进了先进焊接特别是焊接自动化技术的发展与进步。汽车、造船、海洋工程、工程机械和航空及零部件的制造等领域,对焊接的自动化程度要求日新月异,高效、自动化、智能化的激光焊接设备,是未来焊接技术发展的必然趋势,主要体现在以下几个方面:
(1)激光焊接机器人是焊接自动化的核心问题之一,也是我们未来开展研究的重要方向,最具代表性的是焊接过程的模糊控制、神经网络控制,以及专家系统的研