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激光焊接頭的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域

2019-10-19 09:42:48 金曉


激光頭技術(shù)使用偏振器來反射激光產(chǎn)生的光束,以便將其聚焦在聚焦裝置中以產(chǎn)生高能量的光束。如果焦點(diǎn)靠近工件,則工件將在幾毫秒內(nèi)熔化并蒸發(fā)。這種效果可用于在焊接過程中產(chǎn)生大功率CO2和大功率YAG激光器,開辟了激光焊接頭焊接的新領(lǐng)域。激光焊接頭設(shè)備的關(guān)鍵是大功率激光。主要有兩種類型,一種是固態(tài)激光器,也稱為Nd:YAG激光器。 Nd(釹)是稀土元素,YAG代表釔鋁石榴石,其晶體結(jié)構(gòu)類似于紅寶石。 Nd:YAG激光器的波長(zhǎng)為1.06μm。


它的主要優(yōu)點(diǎn)是所產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳輸,因此不需要復(fù)雜的光束傳輸系統(tǒng)。適用于柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工,通常用于焊接精度高的工件。 Nd:YAG激光的輸出功率為3-4千瓦,通常用于汽車工業(yè)。另一個(gè)是氣體激光器,也稱為CO2激光器。分子氣體用作工作介質(zhì),以產(chǎn)生均勻尺寸為10.6μmm的紅外激光。它可以連續(xù)工作并輸出高功率。標(biāo)準(zhǔn)激光功率在2-5kW之間。


激光焊接頭ND10

與其他傳統(tǒng)焊頭技術(shù)相比,激光焊頭的主要優(yōu)點(diǎn)是:


1.速度快,深度大,變形小。

2.焊接可在室溫或特殊條件下進(jìn)行,焊頭設(shè)備簡(jiǎn)單。例如,如果激光頭的激光束穿過電磁場(chǎng),則該光束將不會(huì)移動(dòng);激光可以在真空,空氣和某些氣體環(huán)境中焊接,也可以通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧虾附印?/span>

3,可焊接鈦,石Shi等難熔材料,焊接異種材料效果良好。

4.激光聚焦后,功率密度高。焊接大功率設(shè)備時(shí),長(zhǎng)寬比可以達(dá)到5:1,最大可以達(dá)到10:1。

5,可以進(jìn)行微焊接。聚焦的激光束可以獲得較小的光斑,并且可以精確定位,并且可以應(yīng)用于自動(dòng)大量生產(chǎn)的微型和小型工件的組裝和焊接。

6,焊接難以觸及的零件,實(shí)行非接觸式遠(yuǎn)距離焊接,具有很大的靈活性。特別是近年來,在YAG激光加工技術(shù)中已經(jīng)采用了光纖傳輸技術(shù),這使得激光焊接技術(shù)更加廣泛地推廣和應(yīng)用。

7.激光束可以根據(jù)時(shí)間和空間輕松分離光束,并且可以在多個(gè)工位同時(shí)處理多個(gè)光束,從而為更精確的焊接提供了條件。


激光焊接頭ND16

但是,激光焊接也有一定的局限性:


1.要求焊件的組裝精度高,并且光束在工件上的位置不能明顯移動(dòng)。這是因?yàn)榧す饩劢购?,光斑尺寸很小,焊縫很窄,內(nèi)部充滿了金屬材料。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.激光及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高,一次性投資較大。


手持激光焊接頭ND18

激光焊接接頭技術(shù)參數(shù):


(1)激光焊接頭的功率密度


功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。通過較高的功率密度,可以將表面層加熱至微秒時(shí)間范圍內(nèi)的沸點(diǎn),從而產(chǎn)生大量的汽化。因此,高功率密度對(duì)于諸如沖壓,切割和雕刻的材料去除工藝是有利的。對(duì)于較低的功率密度,表面層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要幾毫秒。在表面層蒸發(fā)之前,底層達(dá)到熔點(diǎn),這很容易形成良好的熔焊。因此,當(dāng)進(jìn)行激光焊接時(shí),功率密度在104至106W / cm 2的范圍內(nèi)。


(2)激光焊接頭的激光脈沖波形


激光脈沖波形是激光焊接中的重要問題,特別是對(duì)于薄板焊接而言。當(dāng)高強(qiáng)度激光束入射到材料表面時(shí),金屬表面上60%到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,金屬的反射率發(fā)生很大變化。


(3)激光焊接頭的激光脈沖寬度


脈沖寬度是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一。它不僅是不同于材料去除和熔化的重要參數(shù),而且還是決定加工成本和加工設(shè)備體積的關(guān)鍵參數(shù)。


(4)激光焊接頭的離焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響


由于激光焦點(diǎn)處的光斑中心的功率密度過高,因此很容易蒸發(fā)到孔中。功率密度分布在每個(gè)平面上相對(duì)均勻,留下激光焦點(diǎn)。有兩種散焦方法:正散焦和負(fù)散焦。工件上方的焦平面為正散焦,否則為負(fù)散焦。根據(jù)幾何光學(xué)理論,當(dāng)正和負(fù)散焦平面之間的距離等于焊接平面時(shí),相應(yīng)平面上的功率密度大致相同,但是實(shí)際獲得的熔池形狀不同。當(dāng)發(fā)生負(fù)散焦時(shí),可以獲得更大的穿透力,這與熔池的形成過程有關(guān)。


激光焊接頭ND22

激光焊頭的應(yīng)用領(lǐng)域


激光焊接頭廣泛應(yīng)用于制造業(yè),粉末冶金,汽車工業(yè),電子工業(yè)等領(lǐng)域。


激光焊接頭技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用


目前,德國大眾使用激光焊接頭焊接奧迪A6,GolfA4,帕薩特等品牌的頂部。寶馬和通用汽車還使用激光焊接頭焊接車架頂部。德國梅賽德斯使用激光焊接頭焊接變速箱部件。

除激光焊接外,其他激光焊接技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用:大眾,通用,奔馳和日產(chǎn)已將激光切割頭切割技術(shù)應(yīng)用于切割機(jī)蓋,菲亞特和豐田已將激光涂層應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)排氣門,而大眾在發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸上進(jìn)行了激光表面硬化處理。

從目前的國內(nèi)情況來看,國際品牌的國產(chǎn)車型:帕薩特,波羅,圖安,奧迪,東風(fēng)標(biāo)致,??怂沟榷疾捎昧思す夂附宇^焊技術(shù)。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,司騰和途安車身的激光焊縫長(zhǎng)度分別達(dá)到30m和40m。此外,國內(nèi)自主汽車品牌華晨,奇瑞和吉利也相繼將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于新車型。


激光焊接頭ND36

改進(jìn)和發(fā)展激光焊接接頭的新焊接技術(shù)


隨著時(shí)代的進(jìn)步,激光焊接頭焊接技術(shù)也在不斷發(fā)展。以下技術(shù)有助于擴(kuò)大激光焊頭的應(yīng)用范圍,提高激光焊頭的自動(dòng)控制水平。


1. 填充絲激光焊接頭焊接頭


激光焊接頭通常不填充焊絲,但是對(duì)接焊接部件的組裝間隙很高,有時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中難以保證,限制了其應(yīng)用范圍。使用焊絲填充激光焊接可以大大降低對(duì)裝配間隙的要求。例如,對(duì)于板厚為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,以獲得良好的成型效果。例如,如果將φ1.6mm的填充焊絲用作填充金屬,則即使將間隙增大至1.0mm,也可以確保良好的焊縫形成。另外,填充焊絲還可以調(diào)節(jié)化學(xué)成分或進(jìn)行厚板多層焊接。


2. 光束旋轉(zhuǎn)激光焊接頭焊接


旋轉(zhuǎn)激光束進(jìn)行焊接的方法還可以大大降低焊接組件和光束對(duì)準(zhǔn)的要求。例如,在對(duì)接2mm厚的高強(qiáng)度合金鋼板時(shí),對(duì)接裝配間隙可以從0.14mm增加到0.25mm;對(duì)于4mm厚的鋼板,它從0.23mm增加到0.30 mm。梁中心和焊接中心之間的允許對(duì)準(zhǔn)誤差從0.25mm增加到0.5 mm。


3. 激光焊接頭焊接質(zhì)量在線檢查與控制


近年來,利用等離子光,聲音和電荷信號(hào)檢測(cè)激光焊接頭的焊接過程已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn),閉環(huán)控制過程已取得了一定的研究成果。



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