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        與時俱進的焊接技術

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        與時俱進的焊接技術

        發布日期:2018-09-10 作者: 點擊:

                什么是激光?世界上的第一個激光束于1960年利用閃光燈泡激發紅寶石晶粒所產生,因受限于晶體的熱容量,只能產生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達106瓦,但仍屬于低能量輸出。

          激光技術采用偏光鏡反射激光產生的光束使其集中在聚焦裝置中產生巨大能量的光束,假如焦點靠近工件,工件就會在幾毫秒內熔化和蒸發,這一效應可用于焊接工藝高功率CO2及高功率YAG激光器的出現,開辟了激光焊接的新領域。激光焊接設備的關鍵是大功率激光器,主要有兩大類,一類是固體激光器,又稱Nd:YAG激光器。Nd(釹)是一種稀土族元素,YAG代表釔鋁柘榴石,晶體結構與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm,主要優點是產生的光束可以通過光纖傳送,因此可以省往復雜的光束傳送系統,適用于柔性制造系統或遠程加工,通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車產業常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器,又稱CO2激光器,分子氣體作工作介質,產生均勻為10.6μm的紅外激光,可以連續工作并輸出很高的功率,標準激光功率在2-5千瓦之間。

          與其它傳統焊接技術相比,激光焊接的主要優點是:

          1、速度快、深度大、變形小。

          2、能在室溫或特殊條件下進行焊接,焊接設備裝置簡單。例如,激光通過電磁場,光束不會偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。

          3、可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對異性材料施焊,效果良好。

          4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接時,深寬比可達5:1,最高可達10:1。

          5、可進行微型焊接。激光束經聚焦后可獲得很小的光斑,且能精確定位,可應用于大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。

          6、可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠間隔焊接,具有很大的靈活性。尤其是近幾年來,在YAG激光加工技術中采用了光纖傳輸技術,使激光焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。

          7、激光束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工,為更精密的焊接提供了條件。

          但是,激光焊接也存在著一定的局限性

          1、要求焊件裝配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有明顯偏移。這是由于激光聚焦后光斑尺雨寸小,焊縫窄,為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求,很輕易造成焊接缺陷。

          2、激光器及其相關系統的成本較高,一次性投資較大。

          激光焊接的工藝參數:

          (1)功率密度

          功率密度是激光加工中最關鍵的參數之一。采用較高的功率密度,在微秒時間范圍內,表層即可加熱至沸點,產生大量汽化。因此,高功率密度對于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度,表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒,在表層汽化前,底層達到熔點,易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導型激光焊接中,功率密度在范圍在104~106W/cm2。

          (2)激光脈沖波形

          激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題,尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度激光束射至材料表面,金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內,金屬反射率的變化很大。

          (3)激光脈沖寬度

          脈寬是脈沖激光焊接的重要參數之一,它既是區別于材料去除和材料熔化的重要參數,也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。

          (4)離焦量對焊接質量的影響

          因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發成孔。離開激光焦點的各平面上,功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種:正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負離焦。按幾何光學理論,當正負離焦平面與焊接平面距離相等時,所對應平面上功率密度近似相同,但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關。


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