在激光發(fā)明不到15 年后，手持式激光焊接（HHLW）首次被認(rèn)為是一種應(yīng)用。然而，直到最近幾年，手持激光焊才真正被行業(yè)采納。這幾年中，在遠(yuǎn)程掃描儀、龍門(mén)架解決方案和自動(dòng)化機(jī)器人的幫助下，激光在制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。例如，激光切割已成為加工薄金屬板的成熟技術(shù)，并且由于激光功率的不斷增加，激光切割在切割較厚材料方面的市場(chǎng)份額不斷增加。同時(shí)，由于加工精度高，激光焊接已越來(lái)越多地應(yīng)用于制造鏈，如汽車(chē)行業(yè)——最近應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)。

　　然而，使用傳統(tǒng)手工電弧焊接操作的部門(mén)對(duì)采用基于激光的解決方案是出了名的抵制。從歷史上看，這是由于成本等方面的挑戰(zhàn)以及工業(yè)環(huán)境的要求。然而，隨著光纖激光器成本的逐年下降，以及激光焊接頭在設(shè)計(jì)和性能方面的不斷進(jìn)步，手持式激光焊接系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)可以在工業(yè)上使用。因此，該技術(shù)有很大的潛力，可以顛覆目前市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)鏈。

　　手持式激光焊接系統(tǒng)通常由一個(gè)連續(xù)或調(diào)制發(fā)射的光纖激光源組成，功率水平在1-2kW 之間。激光通過(guò)QBH 連接器的傳輸光纖被輸送到槍形焊頭。來(lái)自光纖的發(fā)散光束被一個(gè)透鏡準(zhǔn)直，并被轉(zhuǎn)移到一個(gè)（或兩個(gè)）反射鏡上，從而實(shí)現(xiàn)光束的空間振蕩（如圖1a 所示）。然后，激光被一個(gè)最終的光學(xué)元件聚焦并被引向工件。這樣的配置意味著根據(jù)“EN60825-1 標(biāo)準(zhǔn)”，手持式激光焊接系統(tǒng)通常被歸類(lèi)為4 級(jí)（Class-4）激光設(shè)備。

　　需要進(jìn)一步的基本知識(shí)

　　目前在科學(xué)文獻(xiàn)中，缺乏關(guān)于手持式激光焊接技術(shù)的信息。需要進(jìn)一步關(guān)注的基本方面與使用這種系統(tǒng)的安全性有關(guān)（鑒于其分類(lèi)和手動(dòng)使用），以及用這種技術(shù)生產(chǎn)的部件的機(jī)械性能。

　　為了促進(jìn)對(duì)手持式激光焊接的研究，米蘭理工大學(xué)機(jī)械工程系的研究人員在Sitec 激光應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室內(nèi)已經(jīng)整合了一套靈活的實(shí)驗(yàn)裝置。開(kāi)發(fā)的手持式激光焊接系統(tǒng)既可以手動(dòng)操作（圖1b）也可以在一個(gè)線(xiàn)性軸上操作（圖1c），從而為實(shí)驗(yàn)運(yùn)行提供條件。實(shí)驗(yàn)設(shè)備的開(kāi)發(fā)是為了促進(jìn)對(duì)這種新工藝的動(dòng)態(tài)理解，同時(shí)也是為了促進(jìn)有關(guān)激光安全知識(shí)的教學(xué)目的。

　　Sitec 研究團(tuán)隊(duì)就這一主題開(kāi)展的第一項(xiàng)研究工作，在去年舉行的國(guó)際激光與電光應(yīng)用大會(huì)（ICALEO）上作了介紹。本文作者與Sice Previt 公司合作，研究不同使用者對(duì)使用手持式激光焊接系統(tǒng)進(jìn)行不銹鋼接頭焊接的機(jī)械性能影響，并與自動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行比較。

　　作為傳統(tǒng)電弧焊接系統(tǒng)的替代方案。與基于電弧焊相比，激光焊接可實(shí)現(xiàn)的焊道特性有助于縮短生產(chǎn)周期，但目前需要進(jìn)行后處理，以便為部件提供鏡面修整并補(bǔ)償任何熱引起的變形。此外，手持式激光焊接系統(tǒng)的易用性讓該技術(shù)有著非?？捎^的市場(chǎng)前景，因此評(píng)估操作員的培訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)也很有意義。

　　圖2顯示了調(diào)查的主要結(jié)果。統(tǒng)計(jì)分析表明，機(jī)械性能（屈服應(yīng)力和極限拉伸應(yīng)力，如圖2a 所示）沒(méi)有受到操作員技能的顯著影響。另一方面，專(zhuān)業(yè)焊工能夠獲得明顯較低的焊縫寬度變化率，圖2b的結(jié)果和圖2c的金相橫截面證實(shí)了這一點(diǎn)。如前所述，所顯示的參考水平是由直線(xiàn)軸進(jìn)行的焊接提供的。這些焊縫在一般情況下顯示出較低的變化性，從焊縫美觀度的角度看，機(jī)器人仍然是最佳選擇。

　　關(guān)于機(jī)械性能，在控制條件下的操作報(bào)告了更高的平均極限拉伸應(yīng)力水平。另一方面，接頭的屈服應(yīng)力沒(méi)有受到焊接系統(tǒng)配置的明顯影響。

　　結(jié)論

　　事實(shí)上，整個(gè)行業(yè)正在經(jīng)歷一個(gè)逐漸采用手持式激光焊接系統(tǒng)的過(guò)程。然而，這種技術(shù)的深入采用還需要更進(jìn)一步的技術(shù)和安全方面的討論。在進(jìn)入生產(chǎn)車(chē)間真實(shí)實(shí)施前，用戶(hù)應(yīng)該對(duì)這些系統(tǒng)的安全性進(jìn)行仔細(xì)評(píng)估。

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