激光焊接頭的特點及其應(yīng)用領(lǐng)域
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激光器的波長為1.06μm。
它的主要優(yōu)點是所產(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。
與其他傳統(tǒng)焊頭技術(shù)相比，激光焊頭的主要優(yōu)點是：
1.速度快，深度大，變形小。
2.焊接可在室溫或特殊條件下進行，焊頭設(shè)備簡單。例如，如果激光頭的激光束穿過電磁場，則該光束將不會移動；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，長寬比可以達到5：1，最大可以達到10：1。
5，可以進行微焊接。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)時間和空間輕松分離光束，并且可以在多個工位同時處理多個光束，從而為更精確的焊接提供了條件。
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。這是因為激光聚焦后，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。
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間范圍內(nèi)的沸點，從而產(chǎn)生大量的汽化。因此，高功率密度對于諸如沖壓，切割和雕刻的材料去除工藝是有利的。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，這很容易形成良好的熔焊。因此，當(dāng)進行激光焊接時，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，特別是對于薄板焊接而言。當(dāng)高強度激光束入射到材料表面時，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焊接質(zhì)量的影響
由于激光焦點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平面上相對均勻，留下激光焦點。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，相應(yīng)平面上的功率密度大致相同，但是實際獲得的熔池形狀不同。當(dāng)發(fā)生負(fù)散焦時，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)用于切割機蓋，菲亞特和豐田已將激光涂層應(yīng)用于發(fā)動機排氣門，而大眾在發(fā)動機凸輪軸上進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度分別達到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。
改進和發(fā)展激光焊接接頭的新焊接技術(shù)
隨著時代的進步，激光焊接頭焊接技術(shù)也在不斷發(fā)展。以下技術(shù)有助于擴大激光焊頭的應(yīng)用范圍，提高激光焊頭的自動控制水平。
1. 填充絲激光焊接頭焊接頭
激光焊接頭通常不填充焊絲，但是對接焊接部件的組裝間隙很高，有時在實際生產(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裝配間隙的要求。例如，對于板厚為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)激光束進行焊接的方法還可以大大降低焊接組件和光束對準(zhǔn)的要求。例如，在對接2mm厚的高強度合金鋼板時，對接裝配間隙可以從0.14mm增加到0.25mm；對于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，聲音和電荷信號檢測激光焊接頭的焊接過程已成為國內(nèi)外研究的熱點，閉環(huán)控制過程已取得了一定的研究成果。