0 引言

自1960年世界上第一台激光器诞生以来，人们对其在焊接领域的应用研究和产品开发工作就一直在进行。经历半个多世纪的发展，尤其是最近10年，激光焊接技术已经在航空航天、造船和海洋工程、核电设备、国防工业等领域得到普遍应用，成为金属材料加工与制造的重要工艺手段，几乎涵盖了所有金属材料。

激光焊接技术由于具有能量密度高、热影响区窄、工件焊接变形小、可实现高速焊接、易于实现自动控制及与工业机器人配合工作、焊接后续加工量小甚至不用后续加工等诸多特点，因此成为一种革命性的制造工艺技术。

激光焊接技术在汽车制造领域得到了广泛应用，如变速器齿轮、尾气排放系统（岐管、排气管和消声器等）、变速器双联齿轮、减震器储油缸筒体、滤清器和车门铰链，尤其是在汽车车身、座椅金属件的制造中，激光焊接技术的应用最近几年呈现井喷之势。

作为汽车非常重要的部件，座椅金属件包括骨架、滑轨、调角器、升降器、座盆等部件，目前国内的汽车座椅供应商已经实现全激光焊接技术。

作为奇卡娜文学代表作家，西斯内罗斯在作品中探讨墨西哥裔女性面临的三重的压迫:作为少数族裔，她们在白人社会中处于边缘地位，不被主流社会所接纳；作为女性，她们受到墨西哥传统价值观念的束缚和压制，在男性主导的家庭生活中处于“他者”地位；此外，她们不被同性，特别是墨西哥传统女性所理解，从而陷入孤独的境地。西斯内罗斯笔下的女性多以几代的群像出现，集中表现为墨西哥传统女性，第一代墨西哥裔女性移民和第二代墨西哥裔女性移民。她们之间的冲突既是代际冲突，又是文化和价值观念的冲突。

本次展览珍视每一位艺术家的闪光之处，尊重每一条孤独而艰辛的创作道路，凝结当代中国艺术的点滴智慧，来汇聚成新时代文化与文明的大河。未来更是凸显创造力和人文精神的时代。我们坚信，艺术仍然将作为人类演进的非凡动力之一，来探求认识世界的新路径、新方法，与哲学、科学并驾齐驱。

图1、图2为激光焊接的座椅零部件示例。

  

图1 调角器激光焊接

  

图2 滑轨总成激光焊接

1 激光焊接系统构成

1.1 主要激光器性能特点

激光器种类繁多，新型激光器也不断被开发，目前在激光焊接领域应用较广的是大功率CO2激光器、大功率Nd:YAG激光器、光纤激光器等。

激光热传导焊接原理是通过激光辐射能量作用于材料表面并转化为热能，表面热能通过热传导向内部扩散，使材料熔化，在两材料的链接区部分形成熔池，熔池随着激光束向前移动，熔池中的熔融金属随之凝固，形成链接两材料的焊缝。如图5所示。

5）加工范围为200mm×300mm×200mm；

大功率CO2激光器是一种气体激光器，可产生波长10600nm的红外激光，具有转换效率高、光束质量好、功率密度大、运行成本低、既能连续输出又能脉冲输出等优点。根据气体流动方向、放电方向和光轴方向的相互位置不同，大功率CO2激光器主要分为横向流动（简称横流）CO2激光器和轴向流动（简称轴流）CO2激光器两大类。

与固体激光器比较，气体激光器的激活离子密度较低，需要较大体积的工作物质，因此气体激光器的体积都比较庞大，不容易做到大能量脉冲输出。

1.1.2 大功率Nd:YAG激光器

大功率Nd:YAG激光器是一种固体激光器，输出的激光波长为1064nm，相当于CO2激光波长的1/10。较小的波长对聚焦、光纤传输和金属表面吸收等有利，与金属的耦合效率较高，加工性能良好。

Nd:YAG激光器可以与光纤耦合，借助时间分割和功率分割多路系统，可以方便地将一束激光传输给多个工位或远距离工位，便于激光加工实现柔性化。

Nd:YAG激光器结构较为紧凑，LD（半导体）泵浦全固态激光器是目前YAG激光器的主要研究和发展方向。

目前，国外Nd:YAG激光器最大输出功率达10kW，而包括汽车在内的工业生产中应用最多的则是3kW和4kW的Nd:YAG激光器。最近几年，半导体泵浦Nd:YAG激光器制造技术飞速发展，最大输出功率已经达到和氙灯泵浦Nd:YAG激光器同样级别。Trumpf公司生产的氙灯泵浦Nd:YAG激光器的最大输出功率为5.5kW，而半导体泵浦Nd:YAG激光器的最大输出功率已经达到6kW。

1.1.3 光纤激光器

光纤激光器是以光纤为工作物质（增益介质）的中红外波段激光器，近年来应用越来越广泛。在机器人激光焊接应用领域，光纤激光器有逐渐替代CO2激光器和YAG激光器的趋势。国外光纤激光器的最大功率已经达到100kW以上。

通过对光电转换效率、最大输出功率、光束质量、工作寿命、维护性等诸多性能进行对比，光纤激光器都显示出较强的优越性，尤其是随着汽车工业零部件生产智能化的发展，其在工业机器人领域的应用已经成为一种不可逆转的潮流。由于光纤激光器可以实现全光路光纤化，因此非常适合与工业机器人及远程激光焊接头结合使用。

表1是光纤激光器与其他三种常见激光器多项技术指标的对比，从表中我们可以看出，光纤激光器是未来激光器发展的重要方向。

1.2 激光焊接光学系统

在激光焊接加工过程中，激光器输出的激光经过导光系统、聚焦系统或者匀光系统，照射到被加工工件上，以满足激光焊接的要求。

1.2.1 光纤导光系统

激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究的一个重要内容，其利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量检测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光焊接过程。

光纤便于与机器人或其他设备耦合，但由于光纤传输存在光纤端面的反射损耗、光纤的吸收损耗、散射损耗等，所以光纤传输系统的传输效率约为90%，且仅可以用于波长为1064nm的Nd:YAG激光器的传输，波长为10600nm的CO2激光器因热损严重，一般不采用。

1.2.2 激光焊接加工头

激光焊接加工头又称为激光焊接聚焦枪，主要光路由光纤接口、准直系统、聚焦系统等构成。激光器发生的激光经光纤传导进入激光焊接加工头，经过准直系统、聚焦系统后，激光聚焦光斑投射到被焊接材料表面。图3 为连接到机器人的激光焊接加工头。

 

表1 光纤激光器与其他常用激光器主要指标对比

  

主要指标 光纤激光器 Nd:YAG固体激光器 CO2激光器 Disc激光器电光转换效率 30% 3% 10% 15%最大输出功率 100kW 6kW 20kW 8kW BPP（4-5kW激光器） ＜2.5 25 6 8半导体泵浦寿命（H） ＞100,000 1,000 NA. 10,000占地面积（4-5kW激光器） ＜1m2 6m2 3m2 ＞4m2维护和操作费用/小时（4-5kW激光器） ＄2 ＄35 ＄20 ＄8维护 不需要 经常 需要 经常柔性加工 非常适宜 适宜 不适宜 适宜稳定性 最佳 差 好 好吸收率%-钢 35 35 12 35吸收率%-铝 7 7 2 7需更换的部件高亮度宽带单芯结半导体激光器，超过10万小时的泵浦时间。其中一个半导体损坏后，更换费用仅需300-500美元，因为每个半导体泵浦源彼此独立。灯能够连续工作的时间不到1000h 工作气体的补充半导体Bar条（阵列）最大5000h脉冲模式或10000h连续模式。激光器使用过程中，整个泵浦源需要经常更换，每次更换费用需要20万-23万美元之间。

  

图3 激光焊接加工头

1.2.3 激光焊接扫描器

激光焊接扫描器又称为激光焊接振镜，目前最常见的为机械振动式反射镜，简称振镜。振镜扫描一般是采用两个带有长方形光学反射镜片的伺服控制器，在相互垂直的X、Y方向以不同的频率扫描，光点合成的轨迹类似电学中的李萨育图形。激光焊接振镜结构如图4所示。

尺寸：Ø1.0 m×1.1 m。停留时间，40 min。用来储存物化处理的出水，保证生化处理系统进水的稳定。

英国高校图书馆开展了数字学术服务的研究与实践探索，尤其是牛津大学图书馆，建立了为多学科服务的数字学术中心，然而目前多数英国高校图书馆的数字学术服务领域仍以人文、社会科学等学科为主。虽然英国开展数字学术服务的高校图书馆的数量还比较少，但是服务特色较鲜明，突出了提供技术服务的特征，重点服务于项目研究，重视培训服务，为我国提供了可以借鉴的经验。未来我国高校图书馆应加大对数字学术服务的重视程度，逐步开展数字学术服务。

  

图4 激光焊接振镜结构

该款激光焊接振镜主要技术参数如下：

后混合式高压水磨料射流中磨料与水的混合是在高压水喷出后进行的,并与水射流发生紊动扩散和掺混,再通过磨料喷嘴喷出,从而形成高压水磨料射流[8]。工作原理如图1 所示。

1）可以通过多种标准光纤转换接头与光纤连接；

2）聚焦模块M=3.0；

3）当光纤芯径为200µm时，焦点直径为600µm；

4）工作距离为600mm；

1.1.1 大功率CO2激光器

6）集成Z轴，Z轴焦点位置可变，但焦点直径不变；

7）气刀的形式及安装高度选择非常重要，它可对激光焊接过程中产生的飞溅和金属粉尘进行强力吹扫，以保护镜片和透镜；

8）CCTV（Closed Circuit Television，闭合回路电视）也称作录像监控系统；

激光焊接过程监测主要是实时监测温度、等离子、背景反射光（back reflection）、熔池形状（melt pool geometry），并通过相应的数学模型，确定激光焊接的熔透状态及可能缺陷。激光焊接过程监测从早期采用1-2个传感器采集激光焊接过程中的相应信息，近年来发展到采用多传感器获取激光焊接过程中的焊接质量信息，如使用四种传感器对激光焊接过程中的等离子体、反色光、激光功率、熔池温度进行实时监测，且监测系统的抗干扰性、可靠性都得到大幅提高。

10）引导光，用于调试过程中焊缝轨迹的检测和调整。

1.3 激光水冷却系统

激光水冷却系统，主要是激光器和振镜的水冷却。冷却水的水质、温度设定等参数，各设备厂家均有详尽的规定，务必严格按照说明书执行，防止对设备造成损伤。尤其是振镜冷却水的温度必须高于相对于环境温度的结露点温度，防止在振镜内部光学镜片上出现冷凝水。

1.4 工业机器人系统

根据不同的激光加工头选用不同负荷的标准6轴工业机器人。

楼房是按照原先的平房面积补偿的。八十平米的面积，两室一厅一厨一卫，不算小了。院子每平米补了二十块钱，住了楼，还得了三万块钱补助，真是很不错了。拆迁历来是难中之难。县乡两级成立了拆迁办公室，采取了承包责任制。承包我的是一个刚毕业的小伙子，天天到我的小院跟我唠嗑，那亲热劲像是我的什么亲戚。小伙子说，李家庄早晚要拆迁，胳膊拧不过大腿。相对于县城来说，你们村是小局，全县才是大局，小局自然要服从大局。再说，除了住楼，你那院子也能补三万块，存进银行，利息又是不小的一笔。

如果采用激光焊接头进行激光焊接加工，一般选用第6轴额定负载20kg的工业机器人，所有焊缝轨迹均由工业机器人完成，这对工业机器人的轨迹精度及加减速性能要求非常高，尤其是涉及激光加工头需要变姿态的小直径圆弧轨迹焊缝的激光焊接，对工业机器人小圆弧轨迹功能有很高的要求。

一种方式是机器人将振镜移动到待焊接区域后，由振镜进行可达区域内焊缝的激光焊接，完成焊缝轨迹；焊接时，机器人静止。一区域焊缝焊接完毕后，机器人运动进入下一待焊接区域。

如果采用振镜进行激光焊接，根据常见振镜的重量，一般选用第6轴额定负载为50kg的工业机器人。振镜激光焊接又分为两种方式。

另外一种方式是飞行焊（Flying Welding），即机器人以恒定速度按照一定轨迹运动，同时振镜完成焊缝轨迹，进行激光焊接。这种方式可有效提高工作效率、增加产量，但需要工业机器人系统与振镜系统有完善的算法衔接。

书籍是人类宝贵的精神财富，是采掘不尽的富矿，是走向未来的基石。读书是人们重要的学习方式，充实而有意义的人生，应该伴随着读书而前行。微信推送服务，是帮助图书馆实现书香校园的有效手段。

1.5 激光焊接接头及工装夹具

由于激光焊接具有密度能量高及焊接变形小的特点，因此激光焊接接头与工装夹具相较于弧焊有着其独特的设计原则。

1.5.1 激光焊接接头

激光焊接接头贴合一定要紧密，由于自熔激光焊接接头间隙控制在0.2mm以内，所以必须增加定位和夹紧点，甚至要适度“过定位”，以保证焊接接头材料的可靠贴合，获得质量优良的焊缝，提高焊接成品率。

走进厦门吉宏包装科技股份有限公司的产品展示厅，伊利股份的金典奶、儿童奶、酸奶的包装，心相印、清风的面巾纸包装，肯德基、麦当劳的纸杯，安踏、鸿星尔克、良品铺子的手提袋，可口可乐、百威啤酒的集束包装……这里几乎承包了我们日常生活中常见到的各种包装，且很多产品上都有一些特殊处理的“小心机”，如采用视高迪UV工艺制成的具有凹凸触感的画面，让我们不禁感叹那些隐于琐碎生活中而容易被忽视的“美好”。

1.5.2 激光焊接工装夹具

与弧焊工装夹具比较，激光焊接工装夹具焊缝可达性的设计要求不高，焊缝附近空间只要保证激光能够照射到即可，但要充分考虑激光照射角度，避免在激光光路上产生遮挡现象。由于激光焊接工件在大多数情况下要求焊接节拍很快，因此工装夹具的设计要以提高自动化水平为原则，对气缸和传感器的使用较多。

1.6 电气自动化控制系统

电气自动化控制系统主要有PLC系统、安全防护系统、人工交互系统、信息传送系统等组成。MES（Manufacturing Execution System）系统接口的预留及软件开发和储备，是汽车座椅机器人激光焊接工作站的发展趋势。

1.7 生产过程监控系统

激光焊接由于危险性高，所以均是在封闭空间内进行，一般在工作站内部安装摄像监控设备，并将图像传送到激光焊接工作站外的显示器上，便于操作、维护人员实时监控机器人激光焊接工作站内部的设备运转状态，并及时处理问题。

1.8 激光焊接监测与质量控制系统

激光光纤传输的优点包括：光纤传输系统比透镜、反射镜、棱镜等系统体积小、结构简单、柔性好、灵活方便，可以加工常规系统不容易加工到的部位；光纤传输系统容易实现一台激光器输出，可轮流或者同时导向多个焊接工位；采用光纤传输系统可以进行远距离传输，而且光束不发散；采用光纤传输系统可以显著改善加工面光束的均匀性，使加工区域的边缘更清晰。

激光焊接监测与质量控制系统分为：焊前监测、焊接过程监测、焊后监测。

9）保护镜片和过程监控系统；

2 激光焊接工艺

2.1 激光焊接原理

2.1.1 激光热传导焊接（Conduction Welding）

由于习题课不像新授课一样能够学到先前不知道的知识，所以它很难调动学生的胃口，学生由此在数学习题课堂上的状态普遍是压抑的.但在智慧学校环境下则打破了这一“魔咒”，数学教师将信息技术与所有需要在课堂上和学生探讨的习题进行有效整合，同时发挥出多媒体动态、灵活的优势，通过创设习题中的情境，令静态的图形或代数公式动态化，促使学生对情境中的问题进行思考，并积极主动地参与到习题的探索中，更能加深学生对习题答案的理解，使原本沉闷的数学习题课堂“化静为动”，高效的帮助学生更好地构建知识体系[3].

  

图5 激光热传导焊接原理

激光热传导焊接特点是熔深浅、焊缝截面轮廓近似球形，激光功率密度一般在105W/cm2以下，较适合板厚1mm以下的钢板焊接。

脊柱肿瘤通常会引起患者的腰部疼痛不适，随着病变的进展，肿瘤破坏骨质压迫脊髓神经还会引起腿疼甚至瘫痪，严重影响患者的生活质量。椎体转移瘤（癌）在脊柱恶性病变中最常见，多见于中老年人，主要症状为剧烈疼痛，患者常常难以忍受，需要服用大量镇痛药方能缓解；有的病变会发生病理性骨折和继发性截瘫。

2.1.2 激光深熔焊接（Deep penetration welding）

激光深熔焊接原理：当照射到焊缝激光功率密度达到106～107W/cm2以上时，激光功率输入速度远大于热传导、对流及辐射散热的速率，材料表面会发生熔化和气化而形成匙孔（Keyhole），如图6所示。匙孔内金属蒸气压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过匙孔直射到孔底，产生匙孔效应（Keyhole Effect）。匙孔能将射入的激光能量完全吸收，从而能量被母材吸收。随着激光光束向前移动，匙孔始终处于稳定移动状态，母材在熔池前端熔化，并绕着匙孔流动到熔池后方凝固，形成焊缝。

  

图6 激光深熔焊接原理

2.2 激光焊接主要工艺参数

2.2.1 激光波长

激光焊接能否顺利进行，取决于激光束能量与材料的耦合效率，不同材料对不同波长的激光吸收率不同。汽车座椅金属件多为低碳钢和低合金钢，现在多选用激光波长为1064nm的光纤激光器。

2.2.2 激光器额定功率及激光功率密度

现代汽车制造业对设备生产节拍要求越来越高，以相对小的投资获得尽可能快的生产节拍，是所有汽车零部件制造商追求的目标。激光器额定功率和激光功率密度对生产节拍影响重大，我们在进行设备选择的时候应全面考虑，进行科学合理的选择，具体应从3方面进行综合分析选择：生产节拍纲领；待焊接工件的板厚及接头形式和焊接熔深要求；设备生产工件的扩展性。

704 Role of exosomes in progression of prostate cancer

综合分析，座椅金属件激光焊接用激光器多选择性价比较高的6kW光纤激光器。

2.2.3 光束直径和模式

为了在焊接接头表面获得很高的能量密度和较快的焊接速度，一方面要求激光聚焦到很小的光束直径，另一方面要求光束有较长的焦深，有利于深熔焊接。而光束直径与光纤芯径和激光焊接头的综合选择有关，尤其要考虑到工件接头的制备精度及间隙情况，以及工艺要求的焊缝宽度等综合因素。

2.2.4 焊接速度

激光焊接速度越快，焊缝熔深越浅，同时焊缝宽度变窄。因此，要特别注意由于焊接速度的加快和冷却速度过快导致的焊缝金属的脆化倾向。

由于汽车工业具有生产节拍极快的特点，使用者往往希望以尽可能快的速度进行激光焊接，而过快的焊接速度，对激光焊接其他参数的精确调整要求也越来越高，容易造成焊接质量的下降，所以，尽量使用能在节拍与焊接质量稳定性获得最佳平衡的焊接速度下进行焊接。

使用激光聚焦枪时，由工业机器人完成预定焊缝形状轨迹，这对工业机器人的轨迹精度和速度精度要求非常高。在焊接过程中，机器人直线或者圆弧轨迹均需在高速下完成，因此对工艺调试的技巧和水平要求非常严格。

2.2.5 焦点位置

激光最小光斑处为激光束焦平面位置，是激光束功率密度最大的区域。焦平面与工件表面的距离称为离焦量。如图7所示，焦平面深入工件内部为负离焦，焦点平面在工件上方称为正离焦。

“我跟你说话,你不许吸烟。”杨秉奎将张连长手里的烟夺了过去,叼自己嘴上,又指了指张连长手中的打火机。张连长只得按着打火机,伸到杨秉奎嘴边,同时狠狠瞪了周萍一眼。

  

图7 焦平面示意图

在焦点平面处激光光斑最小，获得的焊缝最窄。但激光焦点处光斑中心功率密度过高，往往超过激光焊接所需要的功率密度，容易造成金属蒸发气化，出现熔渣飞溅或是打孔现象。因此，在进行激光焊接时一般采用正离焦焊接，这种方法激光功率密度适合，使得焊缝金属充分熔化，但不至于气化，而且焊接过程中等离子体火焰大小适中，没有火花飞溅和过多的气化。如果希望熔深较大时，则采用负离焦；如果对熔深要求不高，最好用正离焦，这样可以获得牢固美观的焊缝。

在进行实际激光焊接工艺调试过程中，一般在激光焊接其他工艺参数设置完成后，再通过微调离焦量，以获得最佳的焊接效果。

2.2.6 保护气

在乘用车座椅金属件激光焊接应用中，一般不需要加保护气。如果作为一个课题进行这方面的研究，主要是考虑在大功率、高焊接速度下造成的飞溅加大等问题，进行外加保护气试验，抑制等离子气体的产生或者降低其不利影响，减少飞溅和改善焊缝成型。

（3）项目直接负责的单位领导层，没有基本的责任意识，再者缺乏专业的项目指导，也没有专业的技术支持团队，因此很难保证工程的质量。一般存在于项目前期阶段不完整，施工中形成的更多的矛盾，使施工方疲于应付各种局部的矛盾，削弱了能源管理的质量。，总而言之，巧妇难为无米之炊，专业设备投资力度不够，技术水平不到位，再加上没有资深的专业技术人员和施工团队，也没有核心的管理的网系关系，施工团队组织涣散，好像打仗的军队溃不成军，如何能够保证效率和质量。

2.3 激光填丝焊接

在汽车座椅金属件中的滑轨激光焊接生产中，由于滑轨冲压件精度问题，一直存在焊接接头间隙大等问题，而在激光自熔焊接过程中，则容易出现焊穿等缺陷。使用激光填丝焊接工艺，一方面可以改善激光焊接对坡口间隙要求过高的问题，另一方面可以改善焊缝金属性能，提高滑轨激光焊接质量和成品率。激光填丝焊接装置的原理图如图8所示。

  

图8 激光填丝焊接原理

3 展望

汽车工业是我国国民经济发展的重要支柱产业之一，在经历前些年的高速发展后，现在处于稳健上升期。机器人激光焊接技术在汽车座椅金属件制造中的应用发展较快，可以预见，其未来的发展趋势有以下特点。

1）大功率光纤激光器、光纤传输技术趋于成熟和普及，以适应极快生产节拍的高速、超高速激光焊接技术的迅猛发展。

2）工业机器人激光焊接技术发展日趋信息化、智能化，机器人本体技术呈现大负载、高刚性等特点，随着高速运行轨迹精度、速度精度的日趋提高，激光焊接系统对MES技术的支持，成为机器人激光焊接技术发展的趋势。

参考文献

[1] 张国顺.现代激光制造技术[M]. 北京:化学工业出版社, 2006.

[2] 刘顺洪.激光制造技术[M]. 武汉:华中科技大学出版社, 2011.