1. 激光焊接与激光-电弧复合焊接基本原理及特点

激光焊接是利用高能量密度激光束迅速加热工件、熔化材料、实现材料连接的熔焊技术。通过激光与物质相互作用过程中形成的“小孔”，激光焊接能够获得晶粒细小、深宽比很大的焊接接头，且具有作用时间短、效率高、变形小、接头质量优良和焊接精度高的特点

激光焊接示意图及焊缝形貌

激光－电弧复合焊接工艺是由不同形式的激光热源，如CO2、YAG激光等和不同类型的电弧热源，如TIG、MIG/MAG、PAW等通过旁轴或同轴方式相结合，共同作用于工件同一位置实现金属材料连接的焊接过程，其原理如图所示。通过集成物理性质、能量特性截然不同的两种热源，激光－电弧复合焊接同时具备激光和电弧焊接的优点，具有1+1>2的效果。具体优势如下：同电弧和激光相比，焊接熔深更大，焊接速度更快，接头性能更好。下图为其和单独激光和电弧焊接的焊缝成形对比。同单一激光焊接相比，接头间隙桥接能力、高反射率金属焊接能力和缺陷抑制能力更强。同传统电弧焊接相比，焊接变形更小。

激光-电弧复合焊接原理图	电弧、激光及复合焊缝截面形貌对比

2. 多功能全固态激光焊接设备

(1)系统构成

• 全固态激光器（根据不同焊接需求，可选配光纤、Disc、Nd:YAG或二极管激光器）及配套水冷机组；
• 高精度机器人、外部滑轨、变位机多轴（≥8）加工平台；
• PLC总控系统；
• 透射式聚焦激光焊接头（或一体式激光-电弧复合焊接头）；
• 光纤传输外光路系统；
• 专用的焊接工装夹具；
• 脉冲MIG电弧焊机（用于激光-电弧复合焊接）；
• 焊缝跟踪系统（选配）；
• 透射式激光切割头（选配）。

(2)应用领域

• 汽车车身的三维激光焊接；
• 家电、工程机械、汽车、化工领域中复杂结构件的三维激光焊接；
• 汽车不等厚板激光拼焊及齿轮轴、排气管、拨叉件、安全气囊等零部件的激光焊接；
• 冶金领域的板带激光在线拼焊；
• 常用管材、箱体、型材及结构件的高质量激光焊接及激光-电弧复合焊接。

(3)主要特点

• 机器人多轴（≥8）联动系统结构好，配置优，精度高，速度快；高精度机器人和焊接工艺专家系统有机配合，精度高，速度快，质量好。工业机器人系统界面友好，功能强大，操作方便，具有方便的运动轨迹示教功能；
• 加工空间尺寸大，适用面广，可进行大型平面结构的激光拼焊、大型复杂结构件的激光三维切割和焊接；
• 激光聚焦头采用透射式聚焦激光焊接头，气体保护，调节迅速，定位精确；配置良好的冷却装置和抽风除尘装置，激光传输稳定，镜片使用时间长；
• 双工位设计（缩短产品生产周期），加工范围和焊接工装可根据工件需求配套设计；
• 可加工材料范围：合金钢、不锈钢（接头强度不低于母材）；轻金属（镁、铝、钛），其中钛合金接头强度高于母材，铝合金强度系数≥0.75，镁合金强度系统≥0.85； 异种金属（铝-钢、铝-钛、铝-铜等）；
• 焊缝成形美观、深宽比大、热影响区小、焊接接头强度高、质量稳定且高效率；
• 可实现激光-电弧复合焊接功能（需另购部件），进一步扩大可焊范围、提高焊接质量和效率；
• 后续扩展功能多，操作性好，优化方便：提供后续功能扩展及工艺开发支持，可选配机构加工监测、跟踪等附属设备，通过选配功能件可提高焊接精度并实现激光切割功能。

(4)主要技术指标

激光器类型（可选）	全固态激光器（光纤、Disc、Nd:YAG或二极管可选）
激光器功率配置（可选）	2-10kW
控制系统	PLC总控 或机器人主控
机器人运动轴	6（垂直多关节型）
外部轴	直线滑轨、焊接变位机，
加工范围	机器人最大工作半径可达2033 mm，配合外部轴后加工长达可达10米以上
加工精度（重复定位精度）	≤70μm
焊接头	透射式聚焦激光焊接头或一体式激光-电弧复合焊接头
专家数据库	配备
抽风除尘装置	配备
稳定性	24小时连续工作无故障。

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3. 多功能激光-电弧复合焊接设备

机

(1)系统构成

高功率CO2激光器及配套水冷机组；

• 悬臂式大型加工平台及外光路传输系统；
• 五轴四联动西门子802D或804D数控系统；
• PLC总控系统；
• 全反射聚焦激光焊接头（或一体式激光-电弧复合焊接头）；
• 专用的焊接工装夹具；
• 脉冲MIG电弧焊机（实现激光-电弧复合焊接功能）；
• 焊缝跟踪系统（选配）；
• 透射式激光切割头（选配）。

(2)产品特点

采用先进技术制造的CO2激光器，具有及其高的光电转换效率，最佳的光束质量和高稳定性。低消耗、低运行成本，集成化程度高；

• 拥有高质量的部件和良好的结构，保证了设备的稳定性。该机型选用德国Siemens公司的控制系统和直线电机驱动系统、高精度直线导轨，具有高速度、高精度、高可靠性；
• 全反射或透射式聚焦激光焊接头，外光路全封闭，激光传输稳定，镜片使用寿命长，加工稳定性好；
• 德国西门子802D数控系统，具有故障自诊功能，保证设备安全运行；
• 机床加工范围和焊接工装可根据工件需求配套设计；
• 双工位设计（缩短产品生产周期），加工范围和焊接工装可根据工件需求配套设计；
• 可加工材料范围：合金钢、不锈钢（接头强度不低于母材）；轻金属（镁、铝、钛），其中钛合金接头强度高于母材，铝合金强度系≥0.75，镁合金强度系统≥0.85； 异种金属（铝-钢、铝-钛、铝-铜等）；
• 焊缝成形美观、深宽比大、热影响区小、焊接接头强度高、质量稳定且高效率；
• 可实现激光-电弧复合焊接功能（需另购部件），进一步扩大可焊范围、提高焊接质量和效率。
• 后续扩展功能多，操作性好，优化方便：提供后续功能扩展及工艺开发支持，可选配机构加工监测、跟踪等附属设备，通过选配功能件可提高焊接精度并实现激光切割功能。

(3)主要性能指标

激光器类型（可选）	SLAB 或 轴快流CO2激光器
激光器功率配置（可选）	3-8 kW
外光路	全封闭设计
焊接头	全反射聚焦激光焊接头或一体式激光-电弧复合焊接头
数控系统和伺服	西门子802D，611D
机床加工范围	800mm×1700mm×600mm（可配套设计）
X、Y、Z轴定位精度	±0.03/1000 mm
重复定位精度	±0.02 mm
工件移动速度	X轴、Y轴≤8000mm/min，Z轴≤5000mm/min
稳定性	24小时连续工作无故障。

(4)应用领域

汽车不等厚板激光拼焊。

• 汽车齿轮轴、排气管、拨叉件、安全气囊等零部件的激光焊接；
• 冶金领域的板带激光在线拼焊；
• 家电、工程机械、化工领域中的常用管材、箱体、型材及结构件的高质量激光焊接及激光-电弧复合焊接。

4. 激光焊接及激光－电弧复合焊接设备典型应用

(1)九连敦破损编钟的形、声修复

(2)平面及回转结构件的激光焊接或激光-电弧复合焊接

采用激光焊接对各种材料的平面或回转结构件进行焊接，具有高焊速、无变形、焊缝纫、质量高和易于实现自动化等特点，现广泛应用于各个行业，特别是汽车行业。激光焊接能进行无接触的单边焊，可减少凸边宽度和重量，提高材料利用率，激光焊接热影响区小、变形小、能增加轿车结构强度，提高轿车生产的自动化程度。

汽车排气管激光焊接		不锈钢管材激光焊接

优点：

激光焊接工艺先进，能提高焊接质量，其焊接接头强度高，可以达到与母材等强度
激光焊接设备性能稳定、重复性好、可靠性高，焊接接头美观
由于激光焊接的平整，被焊工件在生产过程中不会损伤其它部件#p#分页标题#e#

(3)不等厚板激光拼焊

不等厚板激光焊接可以将不同材料不同厚度的金属板材焊接起来，在汽车制造中得到广泛的应用，可有效地节省材料、降低车身重量,降低成本、降低油耗,从而获得很大的经济效益。

汽车不等厚板激光焊接	铝合金不等厚板激光复合焊	汽车配件不等厚板激光焊接

优点：

降低了整车的制造成本、物流成本、整车重量、装配公差、油耗和废品率
减少了外围加强件数量，简化了装配步骤及工艺
车辆的碰撞能力增强，冲压成型率及抗腐能力提高

(4)复杂结构件、大型结构件的三维激光焊接（全固态激光焊接机）

采用HUST-SLW多功能全固态激光（Solid-state Lasers）焊接机可进行复杂结构件、大型结构件的三维激光焊接，系统主机采用八轴联动机器人，运行速度快，精度高，同时支持外部轴，这为三维空间零件的焊接切割提供了有力的保证；该设备功能多，操作性佳，安全系数高。

激光-电弧复合焊接输油管道现场	激光-电弧复合焊接船舶甲板现场	汽车拨叉光纤激光三维焊接

优点：

通过机器人示校功能、配合滑轨和焊接变位机能迅速完成三维复杂曲线的准确定位。光纤激光传输使激光束能轻易满足三维零件的全方位焊接需求；
激光焊接效率高、变形小，能减少焊接工序，轻易实现复杂三维零件的高质量、高精度焊接，且接头机械性能优良；
利用激光-MIG复合焊接可进一步降低工件装夹精度和变形要求，提高焊接效率，且能提高焊接质量。

(5)激光模具修补焊接

通过激光修补，可以将原来的模具重新利用，大大节约了生产成本和提高了工作效率。激光模具焊接机适用于如数码产品、手机、玩具、汽车、摩托车等模具制造和成型行业，可修补的材料包括: 高合金钢、含镍工具钢、铜合金、高韧铝合金等。

模具激光补焊	手机外壳激光焊接

优点：

焊接点直径小，受热范围小，焊后不出现气孔、塌陷、热应变及金相组织变化的现象，极大减小焊后处理工序；
热影响区小，模具不变形、不变色，氧化效应极低；
焊接深度大，焊接牢固；溶化充分，不留修补痕迹；
溶池溶料凸起部份与基体结合处无凹陷现象。

(6)齿轮及零部件激光焊接

齿轮焊接可以大幅度降低齿轮的制造成本，因此，在汽车工业中早已广泛应用。与传统焊接工艺相比，激光焊接齿轮无需在真空中进行，而且可避免焊接变形，保证了焊接后的齿轮无需再精加工。激光焊接变形小，节省材料，焊缝外观好的特点复合汽车小型零配件的激光焊接需求，可应用于汽缸垫，喷油嘴，火花塞，ABS等等。

汽车齿轮激光焊接	差速器冠状齿轮激光焊	齿轮焊接成品图	气缸垫片激光焊接

优点：

齿轮及零部件激光焊接无需在真空中进行，简化工艺步骤，减少设备投入
可避免焊接变形，保证了焊接后的工件无需再精加工
焊缝处具有相当或优于母材的综合机械性能

(7)锯片刀头激光焊接

采用激光焊接金刚石圆锯片，由于焊接过程中注入工件的能量高度集中、作用时间极短，故工件热变形小，易于保证锯片的尺 寸精度；而且，激光焊接过程易于实现自动化，有利于减轻劳动强度。激光焊接具有加热和冷却速度快的特点，有利于获得均匀细化的焊缝组织，从而能大大提高金刚石锯片的结合强度，保证使用安全可靠。#p#分页标题#e#

圆锯片激光焊接	锯片刀头激光焊接

优点：

高效、快速焊齿，重复性好, 每一齿都有良好的重复性；
加热快速, 均匀, 可有效防止锯齿局部过热引起的脆化和断裂，还可防止未焊透引起的掉齿等不良现象；
可焊接高性能, 高硬度锯齿的锯片, 这些锯片用电阻焊无法焊。