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激光焊接技術原理及工藝分析
來源:農機使用與維修  作者:佚名  2019-07-28 07:22:31

 摘要:本文介紹激光焊接的原理以及主要特點;激光焊接的主要工藝參數包括焊接速度、離焦量和激光功率。

 
1激光焊接的原理
    激光是由激光發生器發出的單色光,通過光纖傳導到特制透鏡上進行聚焦,使光束聚焦在一點,并且集中對該點輸人熱量。由于激光束的這種特性,單位照射面積能量能夠達到107 W/c擴以上。在這種規模的熱輸入情況下,受熱金屬會因為溫度瞬間超過熔點而氣化,這些金屬蒸氣會在熔化的金屬中產生一個小孔,我們稱其為匙孔。由于匙孔的形狀呈細長,所以在其形成之后,激光束會在匙孔內壁發生多次反射,并被吸收,因而使得熔深增加。經研究發現,如果激光發生器發出的激光束波長單一,沒有雜光,那么能量密度在4 x 106 W/c時左右時就能產生這種匙孔。激光焊接過程中,起加熱作用的激光光斑對試件進行集中加熱,可以使工件在受最少熱輻射量的情況下就能達到焊接條件;可以避免由于焊件過度加熱而導致的變形。另外,激光焊接的加熱源是光斑,所以本質上激光設備未與工件發生實質性的接觸,因此在焊接的過程中就不存在電極污染、機具損耗等問題。激光焊接過程中,由于激光的能量密度很高,所以金屬受激光照射到金屬發生熔化和氣化幾乎是在瞬時完成的,以至于由焊縫中心向周圍母材傳遞熱量的時間也很少,并且激光光斑尺寸也很小,從而使焊后熱影響區尺寸變小。經研究表明,汽車車身板材的激光焊接熱影響區一般為1~2 mm。
 
2激光焊接的工藝參數
    在實際生產過程中激光焊接有以下幾個焊接工藝參數:
    (1)焊接速度。焊接速度決定了激光焊接過程中,激光光斑在焊件上的停留時間,光斑行走速度小,每秒輻射能量大,將導致板材被穿透;光斑行走速度大,則會使熔深變淺,焊得不充分。因此,在實際使用過程中應找到一個合理的焊接速度范圍。
    (2)離焦量。在激光焊接中,離焦量是一個獨有且重要的參數,因為激光是通過透鏡將單色光進行聚焦而獲得高能光斑的,所以激光有一個焦點,在焦點處,功率密度最大。然而實際應用時會根據不同的條件,可以將待焊工件沿透鏡光軸方向偏移一段距離,偏移后工件在光軸方向與焦點的距離即為離焦量。經研究表明,離焦量決定著匙孔的初始直徑、熔池的擴展速度、焊點尺寸的大小。
    (3)激光功率。即激光的強度,它決定著待焊工件被加熱的速度,功率越大,被加熱速度越快,是一個比較重要的焊接熱輸入量參數。目前,大功率的激光設備在切割、打孔等加工中應用的較多。
 
3激光焊接的特點
    (1)激光能在瞬間達到預定的能量密度,在焊接過程中能有效節約作業時間,提高了工件加工生產效率。其可集中加熱的特點使焊縫的熱影響區變得很小,適合焊接一些對溫度敏感的特殊材料;同時搭配惰性氣體保護裝置,可防止金屬氧化,從而獲得組織性能良好的焊縫。
    (2)利用激光可反射和偏轉的特性,通過使用棱鏡或反射鏡將發射出來的激光束進行偏轉,從而實現激光束在任何角度上的聚焦,利用光纖傳導,可以使激光到達普通焊接裝置難以到達的位置,這對加工過程中裝配環節的意義很大。
    (3)激光束通過聚焦會獲得一個尺寸特別小的光斑,結合焊接機械手臂精準的移動定位,可以加工尺寸微小的精密工件,并且相對于傳統加工方法,生產效率有很大的提高。
    (4)激光束可以同時分成多束次級激光,這些激光束可以同時對一個工件的各個部位進行焊接加工,對焊接時的精度有很好的把控,為精密焊接創造了有力的條件和技術支持。
    (5)激光焊接擁有很多明顯的優勢,但也有自身的局限性,目前整套激光焊接設備的投資費用較高,并且由于激光系統結構很精密,所以日常維護費用也比較高;在焊接時對裝配精度也有著一定的要求;其中焊接的最大厚度有限,也是目前激光焊接設備的一大短板。
 

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