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激光焊接技术的优缺点 时间:【2018-08-24】 共阅【659】次【返回

激光焊接的工作原理

 

 

 

激光焊接技术的优点

 

1、速度快、深度大、变形小。

2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

3、可焊接难熔材料如钛、石英等,并能对异性材料施焊,效果良好。

4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达51,最高可达101

5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

6、可焊接难以接近的部位,施行非接触远距离焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。

7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为更精密的焊接提供了条件。

 

激光焊接技术的缺点

1)焊件位置需非常精确,务必在激光束的聚焦范围内。

2)焊件需使用夹治具时,必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。

3)最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件,生产线上不适合使用激光焊接。

4)高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等,焊接性会受激光所改变。

5)当进行中能量至高能量的激光束焊接时,需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除,以确保焊道的再出现。

6)能量转换效率太低,通常低于10%

7)焊道快速凝固,可能有气孔及脆化的顾虑。

8)设备昂贵。

  为了消除或减少激光焊接的缺陷,更好地应用这一优秀的焊接方法,提出了一些用其它热源与激光进行复合焊接的工艺,主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外还提出了各种辅助工艺措施,如激光填丝焊(可细分为冷丝焊和热丝焊)、外加磁场辅助增强激光焊、保护气控制熔池深度激光焊、激光辅助搅拌摩擦焊等。

  (1)功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2

  (2)激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。

  (3)激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

  (4)离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离做文章一,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种:正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离焦平面与焊接平面距离相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200us材料开始熔化,形成液相金属并出现问分汽化,形成市压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。

 

激光焊接的应用

 

激光焊接机技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域,给人们的生活质量带来了重大提升,更是引领家电行业进入了精工时代。

  特别是在大众汽车创造的42米无缝焊接技术,大大提高了车身整体性和稳定性之后,家电领头企业海尔集团隆重推出首款采用激光无缝焊接技术生产的洗衣 机,该家电为人民珍视了科技的进步,先进的激光技术可以为人民的生活带来巨大的改变。随着洗衣机全球品牌地位的不断巩固,其对行业的引领开始全面展现,然 而有激光焊接机技术的支持,也将对家电行业有一个更深的改革。据海尔研发人员介绍,市场上的全自动洗衣机内桶的制造技术大多采用“扣搭”技术,内桶的衔 接处会存在缝隙或不平整,导致桶体强度不高、对衣物产生不必要磨损。为了进一步提高内桶的可靠性和精细化,海尔洗衣机以汽车、造船行业为参照母本,将激光 无缝焊接技术应用在匀动力洗衣机新品上,避免了内桶缝隙和不平整的产生,在全面提高了产品的可靠性的同时更加呵护衣物。由于内桶的强度的提高,匀动力洗衣 机脱水过程中最高转速比普通全自动洗衣机也提高了25%,脱水效率大幅提升,并且耗电少、用时省。

  此外,还了解到,中德造船业合作研发的“高功率激光焊接机技术”,保证了轮船的安全性,进一步加强了船身结构;在航空领域,激光无缝焊接技术也已广泛 应用于飞机发动机的制造上,同时,铝合金机身的激光无缝焊接技术可以取代铆钉,从而减轻了20%的机身重量;我国的高铁轨道也引进了激光无缝焊接技术,在 提高安全性能同时,也大大降低了噪音,为旅客带来安静舒心的乘车环境。

随着科技的全面发展,激光焊接机技术的不断巩固与应用,也带领全球的家电产业步入了一个新时代,新的工艺不仅是产品的升级,也是更多科技的展示和应用。

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