显著提高工艺稳定性的新型焊接方案

作为利用高能量密度的激光束提供热源的一种高效精密焊接方法，激光焊接在材料加工中具有非常广泛的应用，但由于材料本身的局限（例如铝合金焊接时容易产生气泡，超厚板焊接的预制精度低、母材拼接有间隙），需要有能解决这些问题的新的激光工艺的出现。

早期应用于汽车行业的激光摆动焊接，是将激光工艺和轻量化部件相结合的一种方法，不需要填充料就能进行对接接头等的焊接，从而解决因材料本身的局限产生的焊接问题。传统的激光摆动焊接，准直光束通过单轴振镜摆动，经过聚焦镜聚焦的光斑又与焊接头配合相对于工件移动，形成具有一定振幅、频率和偏移量的焊缝（图1左）；2轴振镜系统的摆动焊接则是通过控制系统形成一条摆动焊缝（图1右），需要较高的成本。

相对于前两种摆动焊接模式，双楔形镜旋转摆动焊接（图1下）通过安装于准直镜和聚焦镜之间的摆动模块，使聚焦光斑在焊接头移动的情况下产生螺旋线式的焊缝（图2）。当聚焦焦距相同时，扭转角度越大，则摆动幅度越大；扭转角度相同时，聚焦焦距越大，则摆动幅度越大（图3）。双楔形摆动焊接可以使焊缝加宽（降低焊缝预制条件），同时获得更好的焊缝成形性。

我们将普通大光斑焊接和双楔形镜旋转摆动焊接（以下简称“摆动焊接”）进行了对比（图4），若采用摆动焊接，可以在降低激光器功率的情况下以同样的焊接速度形成同样的熔深；若改变摆动焊接的参数，就可以获得不同的焊缝宽度。

摆动焊接模块安装于准直镜和聚焦镜之间（图5），拥有全密封结构，其摆动半径可调，外接控制器并具有状态监测传感器。摆动焊接模块已经具有了非常好的应用，例如：

铰链焊接

建筑、家具等行业中广泛使用的铰链（俗称合页）采用了用摆动焊接，扩大了焊缝宽度，降低了焊接部件的预制条件，同时也获得更好的焊缝成形。

换热器焊接

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。换热器在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位，在化工生产中换热器有广泛应用。

管壳式换热器又称列管式换热器，是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。

应用于换热器焊接制造的摆动焊接模块，实现了高质量的焊接，表现出良好的工艺重复性和稳定性，扩大了可加工部件的公差范围并获得了更好的焊缝外形。

厚管连续激光焊接

对于石油、天然气等行业的厚管焊接，摆动焊接模块的优势在于降低了焊接边加工和装配精度要求和对激光器输出功率的要求，同时增加了工艺稳定性。

管道与法兰焊接

焊接是管道施工的重要连接方式。焊接法兰连接使用方便，能够承受较大的压力，因此被广泛应用于石油、化工、天然气、电站、冶金管道等领域。在这些行业采用摆动焊接模块，降低了焊接对激光器输出功率的要求，增加了工艺的稳定性，获得了更好的焊接质量和焊缝外形。