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      激光焊接機器人廠家帶你了解激光焊接的七大絕招

      2022-12-19

      一.激光焊接的主要特點

      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,它主要用于薄壁材料的焊接和低速焊接。焊接過程是一種熱傳導類型,即激光輻射加熱工件表面,表面熱通過熱傳導擴散到里邊,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熔化工件,形成特定的熔池。由于其獨有的優勢,它已成功地應用于微量.精密焊接小零件。

      高功率CO2及高功率YAG激光的出現為激光焊接開辟了一個新的領域?;谛】仔纳钊酆冈跈C械中獲得.汽車.鋼鐵等工業領域的應用越來越多。

      激光焊接的主要優點是:

      1.速度快.深度大.變形小。

      2.可在室溫或特殊條件下焊接,焊接設備簡單。比如激光通過電磁場,光束不會偏移;激光在真空中.空氣和某些氣體環境都可以焊接,并且可以通過玻璃或光束透明材料進行焊接。

      3.可焊接的難熔材料,如鈦等.石英等,并且對異性材料進行焊接,效果良好。

      4.激光聚焦后,功率密度高,在焊接高功率器件時,深寬比可達5:1,較高可達10:1。

      5.可以進行微型焊接。激光束聚焦后,可以獲得很小的光點,并且可以精準定位??捎糜诖笠幠W詣踊a.組焊小工件。

      6.可以焊接難以接近的部位,實施非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性。近年來,YAG光纖傳輸技術在激光加工技術中的應用,使激光焊接技術得到了廣泛的推廣和應用。

      7.激光束易于實現光束按時間和空間分光,可同時進行多光束加工和多站加工,為精準的焊接提供了條件。

      但是,激光焊接也有了局限性:

      1.要求焊件的裝配精度高,光束在工件上的位置不能明顯偏移。這是因為激光聚焦后的光斑尺很小,焊縫也很窄。如果工件的裝配精度或光束定位精度不符合要求,很容易造成焊接缺陷。

      2.激光器及其相關系統成本較高,一次性投資較大。

      二.熱傳導激光焊接

      激光焊接是通過激光與金屬的相互作用,將高強度的激光束輻射到金屬表面,熔化金屬形成焊接。在激光和金屬的相互作用中,金屬熔化只是物理現象之一。時間能量不是主要轉化為金屬熔化,而是以其他形式表現出來,比如蒸發.等離子體的形成。然而,為了實現良好的熔融焊接,金屬須熔化成為能量轉換的主要形式。因此,要了解激光與金屬相互作用中產生的各種物理現象以及這些物理現象與激光參數之間的關系,以便通過控制激光參數,將大部分激光能量轉化為金屬熔融能量,從而達到焊接的目的。

      三.激光焊接工藝參數。

      1.功率密度。

      功率密度是激光處理的關鍵參數之一。使用較高的功率密度,表面可以在微秒時間范圍內加熱到沸點,產生大量的蒸發。因此,大功率密度用于材料去除加工,如沖孔.切割.雕刻是有益的。對于低功率密度,表面溫度到沸點需要幾毫秒。表面蒸發前,底層到熔點,容易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導激光焊接中,功率密度范圍為104~106W/CM2。

      2.激光脈沖波形。

      激光脈沖波形是激光焊接中的一個重要問題,尤其是薄片焊接。當高強度激光束照射到材料表面時,金屬表面會失去60~98%的激光能量反射,反射率會隨著表面溫度的變化而變化。在激光脈沖作用期間,金屬反射率變化很大。

      3.激光脈沖寬度。

      脈沖寬度是脈沖激光焊接的重要參數之一,它不僅是區別于材料去除和材料熔化的重要參數,而且是決定加工設備成本和體積的關鍵參數。

      4.離焦量對焊接質量的影響。

      由于激光焦點中心的功率密度過高,容易蒸發成孔,因此激光焊接通常需要一定程度的分離。在離開激光焦點的每個平面上,功率密度分布相對均勻。

      離焦有兩種方式:正離焦和負離焦。工件上方的焦平面為正離焦,否則為負離焦。根據幾何光學理論,當正負分離相等時,相應平面上的功率密度幾乎相同,但實際獲得的熔池形狀不同。當負離焦時,可以獲得很大的熔深,這與熔池的形成過程有關。實驗表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬,要求蒸發,形成市場壓力蒸汽,并以較高的速度噴射,發出耀眼的白光。同時,高濃度的蒸汽使液相金屬移動到熔化池的邊緣,在熔化池的中心形成一個凹陷。當負離焦時,材料的內部功率密度高于表面,容易形成更強的熔化.蒸發,使光能深地傳遞給材料。因此,在實際應用中,當需要較大的熔深時,采用負離焦;焊接薄材料時,應使用正離焦。

      四.激光焊接工藝方法。

      1.片間焊接。

      包括對焊.端焊.中心穿透熔化焊.中心穿孔熔化焊等四種工藝方法。

      2.絲與絲的焊接。

      包括絲與絲對焊.交叉焊.平行搭接焊.T四種工藝方法,如型焊。

      3.焊接金屬絲和塊狀元件。

      金屬絲與塊狀元件的連接可以通過激光焊接成功實現,塊狀元件的尺寸可以任意。焊接時應注意絲狀元件的幾何尺寸。

      4.焊接不同的金屬。

      不同類型的金屬焊接應解決可焊性和可焊性參數范圍的問題。只有某些特定的材料組合才能在不同的材料之間進行激光焊接。

      五.激光釬焊。

      激光熔焊不應用于某些元件的連接,但激光可以作為熱源進行軟釬焊和硬釬焊,這也具有激光熔焊的優點。釬焊的方法有很多,其中激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接,尤其是片狀元件的裝配技術。與其他方法相比,激光軟釬焊具有以下優點:

      1.由于是局部加熱,元件不易產生熱損傷,熱影響面積小,所以可以在熱敏元件附近進行軟釬焊。

      2.采用非接觸式加熱,熔化帶寬,無需任何輔助工具,可在雙面印刷電路板上加工雙面元件。

      3.重復操作穩定性好。焊劑對焊接工具污染小,且激光照射時間和輸出功率容易控制,激光釬焊成品率高。

      4.激光束易于分光,可用于半透鏡.反射鏡.棱鏡.時間和空間分割掃描鏡等光學元件,可實現多點對稱焊接。

      5.激光釬焊多用波長1.06um激光作為熱源,可以用光纖傳輸,所以可以在常規方式不易焊接的地方進行加工,靈活性好。

      6.聚焦性好,易于實現多工位裝置的自動化。

      六.激光深熔焊。

      1.冶金工藝與工藝理論。

      激光深熔焊冶金的物理工藝與電子束焊相似,即能量轉換機制通過“小孔”結構完成。在足夠高的功率密度光束照射下,材料蒸發形成小孔。這個充滿蒸汽的小孔就像一個黑體,幾乎所有吸收入射光的能量,孔腔內的平衡溫度達到25000度左右。熱量從這個高溫孔腔的外壁傳遞出來,熔化了這個孔腔周圍的金屬。小孔中充滿了光束照射下壁材料連續蒸發產生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍熔融金屬,液體金屬包圍固體材料??妆谕獾囊后w流動和壁表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力相持,保持動態平衡。光束不斷進入小孔,小孔外的材料不斷流動。隨著光束的移動,小孔終處于流動的穩定狀態。也就是說,小孔和圍繞孔壁的熔融金屬隨著前導光束的前進速度向前移動,熔融金屬填充小孔移動后留下的縫隙,然后冷凝固,從而形成焊縫。

      2.影響因素。

      影響激光深熔焊的因素包括:激光功率、激光束直徑、材料吸收率、焊接速度、保護氣體、透鏡焦長度、焦點位置、激光束位置、焊接開始和結束點的激光功率逐漸增加.漸降控制。

      3.激光深熔焊的特點和優點。

      特點:(1)高深寬比。由于熔融金屬圍繞圓柱形高溫蒸汽腔形成并延伸到工件,焊縫變得又深又窄。(2)小熱量輸入。由于源腔溫度很高,熔化過程發生得很快,輸入工件的熱量很低,熱變形和熱影響面積很小。(3)高密度。


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