佛山市中恒三禾激光科技有限公司
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激光束高亮度、方向性好,單色性好,人們首先想到的是它可以熔化金屬、切割鋼板,自然也就想到激光焊接。作為一種高能量密度的熱源,激光束由于其潛的優(yōu)勢(shì),使其在焊接 領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用,已逐漸成為傳統(tǒng)焊接技術(shù)的補(bǔ)充和發(fā)展,對(duì)其工藝方法的深入研究可為其在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用建立良好的基礎(chǔ)。由于激光束本身的特點(diǎn),使之成為未來(lái)制造系統(tǒng)共同的加工手段。
(一)激光焊接原理以及特點(diǎn)
激光焊接原理根據(jù)激光焊時(shí)焊縫的形成特點(diǎn),可以把激光焊分為熱導(dǎo)焊和深熔焊。前者使用激光功率低,熔池形成時(shí)間長(zhǎng),且熔深淺,多用于小型零件的焊接;后者的功率密度高,激光輻射區(qū)金屬熔化速度快,在金屬熔化的同時(shí)伴有強(qiáng)烈的汽化,能獲得熔深較大的焊縫,焊縫的深寬比比較大,可達(dá)12:1.
小孔效應(yīng)
材料表面發(fā)生汽化而形成小孔,孔內(nèi)金屬蒸汽壓力與四周液體的靜力和表面張力形成動(dòng)態(tài)平衡,激光可以通過(guò)孔中直射到孔底。這種現(xiàn)象稱為小孔效應(yīng)(Keyhole Effect)。小孔的作用和黑體一樣,能將射入的激光能量完全吸收,使包圍著這個(gè)孔腔的金屬熔化。孔壁外液體的流動(dòng)和壁層的表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持動(dòng)態(tài)平衡。
小孔效應(yīng)原理圖
二)激光焊接優(yōu)點(diǎn)
1.焦點(diǎn)光斑小,功率密度高,能焊接高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料。
2.不需使用電極,沒(méi)有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式 焊接制程,機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。
3.激光焊接自動(dòng)化程度高,可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,焊接速度快,功效高,可進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接。
4.激光焊接熱影響區(qū)小,材料變形小,無(wú)需后續(xù)工序。
5.處理工件可放置在封閉的空間。
6.激光焊接與電子束加工相比較,不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng),操作方便,不受磁場(chǎng)所影響(電弧焊接及電子束焊接則容易),能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。
7.激光束易于導(dǎo)向、聚焦,實(shí)現(xiàn)各方向變換。生產(chǎn)效率高,加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。
(三)激光焊接的分類
根據(jù)激光對(duì)工件的工作方式或激光束輸出方式不同,可以把激光焊接分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接。
根據(jù)實(shí)際作用在工件上的功率密度或激光焊接時(shí)焊縫的形成特點(diǎn),又可以把激光焊接分為熱傳導(dǎo)焊接和深熔焊接兩類。
脈沖激光焊加熱斑點(diǎn)微小,每個(gè)激光脈沖在金屬上形成一個(gè)焊點(diǎn),要用于微型、精密元件和微電子元件的焊接。
熱傳導(dǎo)焊接激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散,通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復(fù)頻率等激光參數(shù),使工件熔化,形成特定的熔池。其特點(diǎn)加熱速度快、焊點(diǎn)小、焊縫窄、熱影響區(qū)小,因而變形小,精度高,質(zhì)量好。用于汽車飛機(jī)等有代表性的工業(yè)制造部門中。 接頭形式有對(duì)接、搭接、端接、角接等。
(四)激光焊國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
20世紀(jì)80年代中期,激光焊接作為新技術(shù)在歐洲、美國(guó)、日本得到了廣泛的關(guān)注。1985年德國(guó)蒂森鋼鐵公司與德國(guó)大眾汽車公司合作,在Audi100車身上成功采用了全球第一塊激光拼焊板。90年代歐洲、北美、日本各大汽車生產(chǎn)廠開(kāi)始在車身制造中大規(guī)模使用激光拼焊板技術(shù)。目前,無(wú)論實(shí)驗(yàn)室還是汽車制造廠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),均證明了拼焊板可以成功地應(yīng)用于汽車車身的制造。
最后,在中國(guó),激光產(chǎn)業(yè)的未來(lái)發(fā)展方向,應(yīng)是實(shí)現(xiàn)激光產(chǎn)業(yè)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的緊密結(jié)合,用先進(jìn)的激光制造技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè), 不僅提升著傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 同時(shí)也借助傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的優(yōu)勢(shì), 使自身取得廣闊的發(fā)展空間。希望不久的將來(lái)中國(guó)能在激光焊接方向站在世界的頂端,研究并生產(chǎn)出性能更優(yōu)良的設(shè)備。