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2021-01-01 23:01:00

激光焊接的技術原理你知道嗎?

激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬熱傳導型,即激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其獨特的優點,已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。

時盛激光


技 術 原 理

激光焊接可以采用連續或脈沖激光束加以實現,激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2為熱傳導焊,此時熔深淺、焊接速度慢;功率密度大于10的5立方~10的7立方W/cm2時,金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深寬比大的特點。

其中熱傳導型激光焊接原理為:激光輻射加熱待加工表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等激光參數,使工件熔化,形成特定的熔池。

用于齒輪焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接機主要涉及激光深熔焊接。

激光深熔焊接一般采用連續激光光束完成材料的連接,其冶金物理過程與電子束焊接極為相似,即能量轉換機制是通過“小孔”(Key-hole)結構來完成的。在足夠高的功率密度激光照射下,材料產生蒸發并形成小孔。這個充滿蒸氣的小孔猶如一個黑體,幾乎吸收全部的入射光束能量,孔腔內平衡溫度達2500 0C左右,熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化。小孔內充滿在光束照射下壁體材料連續蒸發產生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態金屬四周包圍著固體材料(而在大多數常規焊接過程和激光傳導焊接中,能量首先沉積于工件表面,然后靠傳遞輸送到內部)??妆谕庖后w流動和壁層表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力相持并保持著動態平衡。光束不斷進入小孔,小孔外的材料在連續流動,隨著光束移動,小孔始終處于流動的穩定狀態。就是說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動,熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,焊縫于是形成。上述過程的所有這一切發生得如此快,使焊接速度很容易達到每分鐘數米。


焊 接 特 性

屬于熔融焊接,以激光束為能源,沖擊在焊件接頭上。

激光束可由平面光學元件(如鏡子)導引,隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。

激光焊接屬非接觸式焊接,作業過程不需加壓,但需使用惰性氣體以防熔池氧化,填料金屬偶有使用。

激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復合焊,實現大熔深焊接,同時熱輸入量比MIG焊大為減小。


優 點

(1)可將入熱量降到*的需要量,熱影響區金相變化范圍小,且因熱傳導所導致的變形亦*;

(2)32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數業經檢定合格,可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用;

(3)不需使用電極,沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程,機具的耗損及變形皆可降至*;

(4)激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引,可放置在離工件適當之距離,且可在工件周圍的機具或障礙間再導引,其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發揮;

(5)工件可放置在封閉的空間(經抽真空或內部氣體環境在控制下);

(6)激光束可聚焦在很小的區域,可焊接小型且間隔相近的部件;

(7)可焊材質種類范圍大,亦可相互接合各種異質材料;

(8)易于以自動化進行高速焊接,亦可以數位或電腦控制;

(9)焊接薄材或細徑線材時,不會像電弧焊接般易有回熔的困擾;

(10)不受磁場所影響(電弧焊接及電子束焊接則容易),能精確的對準焊件;

(11)可焊接不同物性(如不同電阻)的兩種金屬;

(12)不需真空,亦不需做X射線防護;

(13)若以穿孔式焊接,焊道深一寬比可達10:1;

(14)可以切換裝置將激光束傳送至多個工作站。


缺 點

(1)焊件位置需非常精確,務必在激光束的聚焦范圍內;

(2)焊件需使用夾治具時,必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點對準;

(3)*可焊厚度受到限制滲透厚度遠超過19mm的工件,生產線上不適合使用激光焊接;

(4)高反射性及高導熱性材料如鋁、銅及其合金等,焊接性會受激光所改變;

(5)當進行中能量至高能量的激光束焊接時,需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅除,以確保焊道的再出現;

(6)能量轉換效率太低,通常低于10%;

(7)焊道快速凝固,可能有氣孔及脆化的顧慮;

(8)設備昂貴。


和點焊的區別

點焊通常分為雙面點焊和單面點焊兩大類。雙面點焊時,電極由工件的兩側向焊接處饋電。典型的雙面點焊方式是最常用的方式,這時工件的兩側均有電極壓痕。大焊接面積的導電板做下電極,這樣可以消除或減輕下面工件的壓痕。常用于裝飾性面板的點焊。同時焊接兩個或多個點焊的雙面點焊,使用一個變壓器而將各電極并聯,這時,所有電流通路的阻抗必須基本相等,而且每一焊接部位的表面狀態、材料厚度、電極壓力都需相同,才能保證通過各個焊點的電流基本一致采用多個變壓器的雙面多點點焊,這樣可以避免c的不足。


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