導(dǎo)讀:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,近年來出現(xiàn)了激光焊接。那么什么是激光焊接呢?激光焊接的特點與優(yōu)點又有哪些呢? Mt4*`CxtH;
<Nk:C1Op}
下圖是激光焊接的工作原理: "m%EFWUOl
$0gGRCCG;
I~GHx5Dk
X[!S7[d-y
首先,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(fā)紅寶石晶粒所產(chǎn)生,因受限于晶體的熱容量,只能產(chǎn)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(dá)106瓦,但仍屬于低能量輸出。 Q@1SqK#-DQ
Jcy+(7lE)
激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)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(nèi)熔化和蒸發(fā),這一效應(yīng)可用于焊接工藝高 功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn),開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。激光焊接設(shè)備的關(guān)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(jié)構(gòu)與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm,主要優(yōu)點是產(chǎn)生的光束可以通 過光纖傳送,因此可以省往復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng),適用于柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工,通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車產(chǎn)業(yè)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(zhì),產(chǎn)生均勻為10.6μm的紅外激光,可以連續(xù)工作并輸出很高的功率,標(biāo) 準(zhǔn)激光功率在2-5千瓦之間。 j&u/T
@'A0Lq+#
與其它傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比,激光焊接的主要優(yōu)點是: )Ma/]eZ^I
2bOl`{x
1、速度快、深度大、變形小。 BNgm+1?L
;F_P<b 2
2、能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接,焊接設(shè)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(huán)境中均能施焊,并能通過玻璃或?qū)馐该鞯?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=材料',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_8">材料進(jìn)行焊接。 GExr] 2r
BRa9j:_b
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。 ^T#jBqe
xI_0`@do
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(dá)5:1,最高可達(dá)10:1。 |c>.xt~
~{GTL_w
5、可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑,且能精確定位,可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。 &e78xtA{
on;>iKta9
6、可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠(yuǎn)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(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù),使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。 UhJ{MUH`
\a4X},h\
7、激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光,能進(jìn)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。 JZK93R
;b(ww{&
但是,激光焊接也存在著一定的局限性: .C.b5x!
+/bD9x1H
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(dá)不到要求,很輕易造成焊接缺陷。 P4zwTEk`
k }{o:
N
2、激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高,一次性投資較大。 bU[_YuJbM
##%&*vh
激光焊接的工藝參數(shù) &Yo|Pj
NG`Y{QT6N
(1)功率密度 +MD84YR
FQ>kTm`d
功 率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度,在微秒時間范圍內(nèi),表層即可加熱至沸點,產(chǎn)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(dá)到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒,在表層汽化前,底層達(dá)到熔點,易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導(dǎo)型激光焊接 中,功率密度在范圍在 104~106W/cm2。 x]@z.Yj
XjdHH.) S
(2)激光脈沖波形 8A5/jqnqt
V;W{pd-I
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(dāng)高強(qiáng)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(nèi),金屬反射率的變化很大。 8#\|Y~P
Y9gw
('\w
(3)激光脈沖寬度 XUKlgl!+.
AusjN-IL
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一,它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù),也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。 rW090Py
lSBR(a<\y
(4)離焦量對焊接質(zhì)量的影響 c%WO#}r|
MN8>I=p
因 為激光焦點處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發(fā)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(fù)離焦。焦平面位于工件上 方為正離焦,反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論,當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時,所對應(yīng)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(fù)離焦 時,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關(guān)。 Y
mL{uV$
c1r+?q$f
激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域 }n
"5r(*^@
h@Jg9AM
激光焊接在制造行業(yè)、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)以及其他領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。 :b*7TJ\grN
q7<d|s
尤其,小編搜羅了下激光焊接在汽車制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀,縮減如下: 3HBh
3p5
(w{T[~6
目前,德國大眾汽車公司在AudiA6、GolfA4、Passat等品牌的車頂均采用激光焊接,寶馬、通用公司在車架頂部也采用激光焊接,德國奔馳公司則采用激光焊接傳動部件。 E
.28G2&
}*U|^$FEU
除了激光焊接,其他激光技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用:大眾、通用、奔馳、日產(chǎn)公司應(yīng)用了激光技術(shù)切割覆蓋件,菲亞特和豐田公司應(yīng)用激光涂覆發(fā)動機(jī)排氣閥,大眾公司則對發(fā)動機(jī)凸輪軸進(jìn)行激光表面硬化處理。 tGgDS)
fm@Pa} ,
從 目前國內(nèi)的情況來看,國際品牌的國產(chǎn)化車型:帕薩特、波羅、途安、奧迪、東風(fēng)標(biāo)致、?怂沟榷家呀(jīng)采用激光焊接技術(shù),其中一汽大眾奧迪A6頂蓋和寶來后蓋 采用激光焊接,速騰和途安的車身激光焊縫長度分別達(dá)到30、40m。此外,國內(nèi)自主汽車品牌的華晨、奇瑞、吉利汽車也相繼在其新車型上應(yīng)用激光焊接技術(shù)。 a5R.
\a<q
x=IZ0@p
改善和發(fā)展激光焊接的新技術(shù) tjwnFqI
L"/?[B":
隨著時代的進(jìn)步,激光焊接的技術(shù)也在不斷發(fā)展中,以下幾項技術(shù)有助擴(kuò)展激光焊接的應(yīng)用范圍及提高激光焊接自動控制水平。 U<Tv<7`
Ov<c1y;f
1、填充焊絲激光焊 sQj]#/yK:
vy}_aD{B
激 光焊接一般不填充焊絲,但對焊件裝配間隙要求很高,實際生產(chǎn)中有時很難保證,限制了其應(yīng)用范圍。采用填絲激光焊,可大大降低對裝配間隙的要求。例如板厚 2mm的鋁合金板,如不采用填充焊絲,板材間隙必須為零才能獲得良好的成形,如采用φ1.6mm的焊絲做為填充金屬,即使間隙增至1.0mm,也可保證焊 縫良好的成形。此外,填充焊絲還可以調(diào)整化學(xué)成分或進(jìn)行厚板多層焊。 ;HH%OfQq
ErJ/h?+
2、光束旋轉(zhuǎn)激光焊 :V5 Co!/+
dq@
*8ui
使 激光束旋轉(zhuǎn)進(jìn)行焊接的方法,也可大大降低焊件裝配以及光束對中的要求。例如在2mm厚高強(qiáng)合金鋼板對接時,允許對縫裝配間隙從0.14mm增大到 0.25mm;而對4mm厚的板,則從0.23mm增大到0.30mm。光束中心與焊縫中心的對準(zhǔn)允許誤差從0.25mm增加至0.5mm。 h=,hYz?]
u
z7|!G!43
3.激光焊接質(zhì)量在線檢測與控制 6dmb
bgO)
bS2g4]$'po
利用等離子體的光、聲、電荷信號對激光焊接過程進(jìn)行檢測,近年來已成為國內(nèi)外研究的熱點,少數(shù)研究成果已達(dá)到了閉環(huán)控制的程度。 e@
D}/1~=
:IBP "