激光焊接頭的焊接技術全面解讀
隨著科學技術的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了激光焊接頭。什么是激光焊接頭？激光焊接頭有什么特點和優(yōu)點？
一、下圖顯示了激光焊接頭的工作原理：
首先，什么是激光頭？世界上第一個激光光束是在1960年生產(chǎn)的，當時用閃光燈泡來激發(fā)紅寶石顆粒。由于晶體的熱容量，它只能產(chǎn)生非常短的脈沖光束，頻率很低。雖然瞬時脈沖的峰值能量可以達到106瓦，但它仍然屬于低能量輸出。
激光頭技術使用偏振器來反射激光器產(chǎn)生的光束，并將其集中在聚焦裝置中以產(chǎn)生巨大能量的光束。如果焦點靠近工件，工件將在幾毫秒內(nèi)熔化并蒸發(fā)。這種效應可用于焊接過程中高功率CO2和高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接頭焊接的新領域。激光焊接頭焊接設備的關鍵是高功率激光頭。主要有兩種類型，一種是固體激光，也稱為Nd：YAG激光。 Nd（釹）是稀土元素，YAG代表釔鋁石榴石，其晶體結構類似于紅寶石。 Nd：YAG激光的波長為1.06μm。其主要優(yōu)點是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳輸，因此不需要復雜的光束傳輸系統(tǒng)。它適用于柔性制造系統(tǒng)或遠程加工，通常用于焊接精度要求高的工件。輸出功率為3-4千瓦的Nd：YAG激光器通常用于汽車工業(yè)。另一種是氣體激光器，也稱為CO2激光器。分子氣體用作工作介質，產(chǎn)生均勻尺寸為10.6μmm的紅外激光。它可以連續(xù)工作并輸出非常高的功率。標準激光頭功率在2-5kW之間。
二、與其他傳統(tǒng)焊接頭焊接技術相比，激光焊接頭焊接的主要優(yōu)點是：
1.速度快，深度大，變形小。
2.可在室溫下或特殊條件下使用簡單的焊接設備進行焊接。例如，當激光通過電磁場時，光束不會移動;激光器可以在真空，空氣和一些氣體環(huán)境中焊接，并且可以通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。
3.可焊接鈦，石英等耐火材料，可焊接異種材料，效果好。
4.激光聚焦后，功率密度高。焊接大功率器件時，縱橫比可達到5：1，最大可達到10：1。
5，可以進行微焊。聚焦后，激光束可以獲得小斑點并且可以精確定位，并且可以應用于大量自動生產(chǎn)的小工件的組裝焊接。
6，焊接接觸部位難以接觸，實行非接觸式焊接，具有很大的靈活性。特別是近年來，YAG激光頭加工技術采用了光纖傳輸技術，使激光焊接頭焊接技術得到更廣泛的推廣和應用。
7.激光束可以根據(jù)時間和空間輕松分割光束，可以同時在多個工位處理多個光束，從而為更精確的焊接提供條件。
三、但是，激光焊接頭焊接也有一定的局限性：
1.要求焊件的裝配精度高，梁在工件上的位置不能顯著移動。這是因為在激光聚焦之后，光斑尺寸非常小并且焊縫非常窄，其中填充有金屬材料。如果工件的裝配精度或光束定位精度不能滿足要求，則容易引起焊接缺陷。
2.激光頭及其相關系統(tǒng)的成本相對較高，一次性投資相對較大。
激光焊接頭焊接工藝參數(shù)
（1）功率密度
功率密度是激光頭加工中最關鍵的參數(shù)之一。具有更高的功率密度，表面層可以在微秒時間范圍內(nèi)加熱到沸點，導致大量蒸發(fā)。因此，高功率密度有利于材料去除處理，例如沖壓，切割和雕刻。對于較低的功率密度，表面層溫度達到沸點需要幾毫秒。在表面層蒸發(fā)之前，底層達到熔點并且易于形成良好的熔焊。因此，在進行激光焊接頭焊接時，功率密度范圍為104至106W / cm 2。
（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，特別是對于薄板焊接。當高強度激光束入射到材料表面時，金屬表面上60-98％的激光能量將被反射和損失，并且反射率將隨表面溫度而變化。在激光脈沖期間，金屬的反射率變化很大。
（3）激光脈沖寬度
脈沖寬度是脈沖激光焊接頭焊接的重要參數(shù)之一。它不僅是一個不同于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設備制造成本和體積的關鍵參數(shù)。
（4）散焦對焊接質量的影響
由于激光焦點處光斑中心的功率密度太高，因此很容易蒸發(fā)成孔。功率密度分布在每個平面上相對均勻，留下激光焦點。有兩種散焦模式：正散焦和負散焦。工件上方的焦平面是正散焦，否則是負散焦。根據(jù)幾何光學理論，當正和負散焦平面之間的距離等于焊接平面時，相應平面上的功率密度大致相同，但實際獲得的熔池形狀是不同的。當發(fā)生負散焦時，可以獲得更大的滲透，這與熔池的形成過程有關。
四、激光焊接頭焊接的應用領域
激光焊接頭焊接廣泛應用于制造業(yè)，粉末冶金業(yè)，汽車業(yè)，電子業(yè)等領域。
五、特別是，小編輯包括目前汽車制造業(yè)中激光焊接頭焊接的發(fā)展。減少如下：
目前，德國大眾汽車在AudiA6，GolfA4，帕薩特等品牌的頂部采用激光焊接頭焊接，寶馬和通用汽車也在車架頂部使用激光焊接頭焊接，而德國梅賽德斯則采用激光焊接頭焊接制造傳動部件。
除激光焊接頭焊接外，其他激光頭技術也被廣泛使用：大眾，通用汽車，梅賽德斯 - 奔馳和日產(chǎn)均采用激光切割頭切割蓋板，菲亞特和豐田已應用激光頭涂層發(fā)動機排氣閥，而大眾汽車已應用激光表面硬化發(fā)動機凸輪軸。
從目前國內(nèi)形勢來看，國內(nèi)品牌的國產(chǎn)車型：帕薩特，波羅，頭安，奧迪，東風標致，?？怂沟榷疾捎昧思す夂附宇^焊接技術。其中，一汽大眾奧迪A6的頂蓋和寶來的后蓋采用激光焊接頭焊接，速騰和頭安的激光頭焊縫長度分別達到30米和40米。此外，國內(nèi)獨立汽車品牌輝煌，奇瑞和吉利也先后將激光焊接頭焊接技術應用于新車型。
六、改進和發(fā)展新的激光焊接頭焊接技術
隨著時代的進步，激光焊接頭焊接技術也在不斷發(fā)展。以下技術有助于擴大激光焊接頭焊接的應用范圍，提高激光焊接頭焊接的自動控制水平。
1.用填充焊絲進行激光焊接
激光焊接頭焊接一般不填充焊絲，但對接焊接部件的裝配間隙很高，有時在實際生產(chǎn)中難以保證，這限制了其應用范圍。使用填充激光焊接頭焊接可以大大降低裝配間隙的要求。例如，對于板厚度為2mm的鋁合金板，如果不使用填充焊絲，則板之間的間隙必須為零以獲得良好的成形。例如，如果使用φφ1.6mm的填充焊絲作為填充金屬，即使間隙增加到1.0mm，也可以確保良好的焊接形成。此外，填充焊絲還可以調整化學成分或進行厚板多層焊接。
2.光束旋轉激光焊接頭焊接
旋轉激光束進行焊接的方法也可以大大降低焊接元件和光束對準的要求。例如，當2mm厚的高強度合金鋼板對接時，對接接頭的裝配間隙允許從0.14mm增加到0.25mm;對于4mm厚的板，它從0.23mm增加到0.30mm。光束中心和焊接中心之間允許的對準誤差從0.25mm增加到0.5mm。
3.激光焊接頭焊接質量的在線檢測和控制
利用等離子體光學，聲學和電學信號檢測激光頭焊接工藝已成為近年來國內(nèi)外研究的熱點。一些研究成果已達到閉環(huán)控制水平。
