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先进激光焊接技术与装备

【技术开发单位】哈尔滨工业大学

【技术简介】激光焊接被国际公认为“二十一世纪最有发展潜力的制造技术之一”,它具有快速、大深宽比、低变形、适应材料及结构广泛等优良加工性能,已经成为飞机和汽车提高安全性和结构减重、飞行器实现结构功能一体化、船舶建造清洁及高效化、核电核燃料及电站建造可靠性增长等重要制造领域的关键技术,是实现传统工业结构升级换代和实现节能减排的有效途径。预计,未来十年是激光焊接技术应用的黄金期,国内制造领域对技术与装备应用的需求将以每年翻翻的速度增长。

本项目利用先进激光(包括:CO2、YAG、FIBER、DIODE)及激光-电弧复合热源作为焊接热源实现材料的焊接,采用数控机床或机器人实现焊接轨迹运动,采用视觉传感或光电传感实现焊接过程有效控制,利用专用焊接工装夹具保证工件装备和变形控制,通过中央控制系统实现焊接参数、机械、电气、信息的处理和工艺与装备一体化控制,满足材料结构的自动化、高品质焊接,其主要产品为五轴联动数控激光加工系统、先进激光机器人柔性加工系统、厚大构件激光与电弧复合焊接系统、特种环境(真空、水下、核环境)下遥控激光焊接系统。目前,已经为航天企业提供10台套五轴联动数控激光加工系统和先进激光机器人柔性加工系统,正在研制“国产C919大型客机整体机身焊接关键技术与装备”、“AP1000三代核电站核燃料元件组件焊接关键技术与装备”等国家重大科技专项任务。

【技术特点】由于激光焊接过程复杂,质量控制技术要求高,因此先进激光焊接成套集成设备对工艺、控制、专用工装等技术要求高,具有技术密集、非标设计的特点,造成了国内激光设备企业望而却步局面,如国内合资汽车厂大量使用的激光焊接设备基本来自国外,国产设备仅占全球的销售额的2%左右。

目前,从事激光焊接技术与装备研制单位主要集中在高校、研究院所,先进焊接技术来源于为数不多的大学和研究所,国内激光加工设备制造企业主要精力投入在切割设备、打标设备、小功率焊接设备的批量生产,由于缺乏人才和投入不足,导致焊接技术水平低,不掌握激光焊接的关键技术。哈尔滨工业大学长期从事激光焊接技术研发和自动化技术的研究,取得多项国际先进、国内领先的研究成果,经过在工业企业的应用考核,有较高技术成熟度,具备了成套激光焊接技术与装备的工程研制能力,在技术研究及成果水平方面具有明显优势,通过与相关企业合作可以快速形成技术成果的产业化。

【技术指标】

(1)数控激光焊接技术与装备

用于厚度小于10mm金属结构精密焊接、厚度小于15mm二维及三维金属构件精密切割、金属零件表面改性处理。

主要性能指标:

激光类型:CO2、YAG、光纤及半导体激光器,输出功率范围0.5KW~10KW;

数控轴数:五轴(X、Y、Z直线轴,旋转轴、摆动轴);

标准机床:2000 X 4000 X 500mm(X、Y、Z直线轴),360°旋转轴,90°摆动轴;

定位精度:直线±0.02mm, 旋转360°±15′,摆动90°±25′;

可配备离线编程软件包;

可配备非接触式自动调焦系统;

(2)固体激光机器人柔性加工系统

用于厚度小于15mm金属结构精密焊接、厚度小于15mm三维金属构件精密切割、三维金属零件表面改性处理。通过配备激光电弧复合焊接系统可实现最大厚度50mm构件的焊接生产。

主要性能指标:

激光类型:YAG激光器、光纤激光器及半导体激光器,输出功率范围0.5KW~30KW;

机器人联动轴数:9轴~18轴数;

机器人安装方式:龙门式正悬挂、侧悬挂及地轨式;

加工范围:4000 X 8000 X 500mm(X、Y、Z);

定位精度:±0.05mm;

可配备焊缝跟踪系统;

可配备在线焊缝质量监测系统;

可配备机器人系统仿真及离线编程软件包;

可配备激光电弧复合焊接系统;

【技术水平】国际先进

【可应用领域和范围】高铁及轨道车辆、汽车、船舶、核电、石油天然气运输管线、飞机制造。

【专利状态】已取得专利5项

【技术状态】小批量生产阶段


  【合作方式】技术转让、合作开发、技术服务、产品销售

【投入需求】3000万

【转化周期】1~2年

【预期效益】激光焊接技术与装备的应用处于刚刚起步阶段,各个行业对其需求十分强烈。预计未来十年,是激光焊接技术应用的黄金期,国内制造领域对技术与装备应用的需求将以每年翻翻的速度增长。如:航天领域的总装单位都在计划引入激光焊接替代传统的弧焊、电阻焊及特种焊接工艺,并已取得初步应用成果;大型客机将激光焊接铝锂合金机身作为跻身世界水平的标志;合资汽车整车厂和汽车配件厂都以是否应用“激光焊接”作为汽车品质的代名词;三代核电制造技术的国产化需要激光焊接技术提供有力支撑;以大型厚壁构件为代表的海上及陆地石油传输管线、大型储油罐、大型船舶需要大力发展激光电弧复合技术;高铁及轨道交通将大力推广激光焊接应用提高车辆的品质和竞争力。

  【联系方式】王  林  0451-86403078/15846581523