【成果介紹】
與傳統(tǒng)人工焊接技術(shù)相比，激光焊接技術(shù)具備加工精度高、加工速度快、加工質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于制造加工行業(yè)，隨著激光加工技術(shù)以及焊接機器人系統(tǒng)的不斷發(fā)展，激光焊接機器人技術(shù)也因此得到了發(fā)展。激光焊接技術(shù)搭配上智能工業(yè)機器人系統(tǒng)，可以代替人工焊接，實現(xiàn)焊接過程的自動化。藍(lán)光半導(dǎo)體與光纖激光復(fù)合焊接機器人系統(tǒng)配合上數(shù)控設(shè)備能實現(xiàn)生產(chǎn)制造的全自動化，擁有著生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量好以及可以在人不適合的工作環(huán)境下運行等優(yōu)點，可以完美符合這一需求。藍(lán)光半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的450nm藍(lán)光在銅材料焊接上有不可比擬的優(yōu)勢，適用于銅等金屬材料的高吸收率使得焊接熱影響區(qū)減小，同時恰當(dāng)功率的藍(lán)光激光焊接時可以避免高功率光纖激光焊接時產(chǎn)生的飛濺影響，而這也是在汽車動力電池、航空航天和電氣等高精細(xì)度要求的領(lǐng)域中藍(lán)光半導(dǎo)體激光焊接最強有力的優(yōu)勢。
【痛點問題】
近年來，對具有高導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的銅材料進(jìn)行激光加工的需求量很大，主要用于汽車和電氣行業(yè)。一般用于激光焊接和激光切割的激光器是波長為0.8～1.06μm的近紅外激光器。然而，如圖所示，銅材料對于紅外波段的激光吸收率只有10％甚至更小，因此即使是高功率的紅外激光處理銅材料的效果依然不盡如人意。
【解決方案】
隨著波長不斷減小至500nm以下，銅材料對光的吸收率急劇增加，在400nm波段吸收率達(dá)到60％。同時考慮到藍(lán)光的冷加工特性，本技術(shù)選擇了使用200W的450nm藍(lán)光半導(dǎo)體激光與的1060nm光纖激光復(fù)合焊接的形式設(shè)計激光焊接機器人，旨在解決高反射率銅材料加工困難的難題，應(yīng)用于全極耳汽車動力電池中的銅材料焊接工作，以取得最佳加工效果。
【技術(shù)優(yōu)勢】
1、攻克全國產(chǎn)機器人集成系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)
藍(lán)光半導(dǎo)體與光纖激光復(fù)合焊接機器人系統(tǒng)配合上數(shù)控設(shè)備能實現(xiàn)生產(chǎn)制造的全自動化，擁有著生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量好以及可以在人不適合的工作環(huán)境下運行等優(yōu)點，可以完美符合焊接過程的自動化需求。
2、解決高反射材料的激光復(fù)合焊接
解決純銅及銅合金由高紅外激光反射率特性造成的難焊接加工問題，急需攻克大功率藍(lán)光半導(dǎo)體激光器。利用中高功率的藍(lán)光半導(dǎo)體激光器與大功率的光纖激光器復(fù)合焊接銅材料是一種相對較好的方式。在焊接的初始階段藍(lán)光半導(dǎo)體激光器比光纖激光器有著更大的吸收率，能迅速將銅材料熔化。當(dāng)焊接進(jìn)行到深熔焊過程時，小孔效應(yīng)出現(xiàn)，激光在小孔中多次反射，以菲涅耳吸收機制為主，藍(lán)光半導(dǎo)體激光與光纖激光的吸收效率相差不大。基于上述考慮使用藍(lán)光半導(dǎo)體激光與光纖激光復(fù)合焊接，以串列的排列方式先用藍(lán)光半導(dǎo)體激光使銅表面產(chǎn)生“小孔效應(yīng)”，隨后使用大功率的光纖激光對其焊接，在提高焊接效率的同時又能考慮到經(jīng)濟效益，具有非常好的應(yīng)用前景。本團(tuán)隊所開發(fā)的高效率、高精度藍(lán)光半導(dǎo)體與光纖激光復(fù)合焊接機器人系統(tǒng)即可實現(xiàn)新能源汽車動力電池的焊接，也可以解決擁有三維復(fù)雜軌跡工件的焊接。
【技術(shù)指標(biāo)】
復(fù)合焊接系統(tǒng)的設(shè)計以450nm的半導(dǎo)體激光和1060nm光纖激光復(fù)合焊接裝置，包括防止激光反射的保護(hù)部分和光路復(fù)合部分。光路隔離防護(hù)部分分為半導(dǎo)體激光器反射光保護(hù)裝置和光纖激光器反射光保護(hù)裝置，光路復(fù)合部分將半導(dǎo)體激光光路和光纖激光光路在焊接工件表面實現(xiàn)復(fù)合焊接，復(fù)合光路分為半導(dǎo)體激光透射組件和光纖激光反射組件，半導(dǎo)體激光透射組件包括半導(dǎo)體激光聚焦透鏡和激光透射反射鏡，光纖激光反射組件包括光纖激光第一反射鏡、光纖激光聚焦透鏡和激光透射反射鏡。開發(fā)藍(lán)光、近紅外激光復(fù)合焊接頭，采用藍(lán)光和近紅外激光作為雙熱源，將兩束不同波長的激光在空間上重疊，通過聚焦鏡在同一工作平面上聚焦為同一個焦點。
【成果展示】
【應(yīng)用場景】
應(yīng)用于航空航天、汽車精密加工、水下金屬清洗等領(lǐng)域，針對性解決高反金屬材料加工難題，提供紫外激光加工的更廉價更方便且相同有效的加工方式。
【知識產(chǎn)權(quán)】
該技術(shù)已申請多項中國發(fā)明專利，下表為部分展示：
【合作方式】
技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、作價入股、技術(shù)開發(fā)、技術(shù)咨詢、面談等
【專家介紹】
唐霞輝，華中科技大學(xué)光電信息學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，激光加工國家工程研究中心副主任。“中國光學(xué)學(xué)會激光加工專業(yè)委員”常務(wù)理事，湖北省激光學(xué)會理事長。第一完成人獲得2004年教育部提名國家科技進(jìn)步一等獎、2004年、2014年、2019年分別湖北省科技進(jìn)步二等獎。出版專著四本。重點研究450nm藍(lán)光半導(dǎo)體激光。
【聯(lián)系方式】
