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激光焊接概述

发布时间:2019-02-18 20:07:22人气:

激光焊接是一种将激光作为焊接热源,将数控机床或者机器人作为运动系统的加工工艺。激光热源不同于传统焊接热源,因为激光具有良好的传输和聚集特性,通过透镜组可以将全部能量集中于极小的作用点上,这样,激光焊接的速度较快,焊缝宽度、焊接热影响区宽度和焊接变形量均较小,使得焊接接头具有优异的性能。

激光焊接可以通过连续或者脉冲激光束得以实现,可分为热传导焊接和激光深熔焊接。热传导焊接的原理为:激光束照射金属表面,金属表面的热量通过热传导的方式向内部扩散,通过对工艺参数的控制,使金额熔化形成熔池,液态金属冷却凝固后形成一条焊缝。激光深熔焊接的原理为:当激光光斑上的功率密度大于106W/cm2时,在激光束的照射下,金属吸收光能并将其转化为热能,金属表面瞬间升温,熔化直至发生气化,随之产生大量的金属蒸汽,金属蒸气迅速离金属熔池的表面,同时产生一个反作用力作用于熔化的金属材料上,使熔化的金属表面向下凹陷,形成一个小凹坑。随着加热的持续,激光直接射入凹坑底部,形成一个“小孔”。当金属蒸汽的反作用力与液态金属的表面张力与重力平衡后,这个“小孔”就不会继续深入。当激光光斑上的功率密度非常大时,“小孔”的深度将达到金属板的厚度,形成一个深穿透焊缝。随着激光束的向前移动,“小孔”也随之向前移动。“小孔”四周的金属液体向后面回流,冷却凝固后开成一条焊缝,如图

激光深熔焊接原理

 

激光深熔焊接的质量取决于对工艺参数的控制。激光深熔焊接的工艺参数主要包括激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体等,具体如下:

1.       激光功率

在进行激光焊接时,当工件上的激光功率密度高于激光能量密度阈值时,才能够产生等离子体,此时激光深熔焊接可以持续、稳定的进行。而当激光功率密度低于激光能量密度阈值时,工件只有在表面发生熔化,些时并未实现激光深熔焊接,是以热传导焊接的方式持续、稳定的进行。当激光功率密度达到小孔开成临界值时,深熔焊和热传导焊交替进行,焊接过程不稳定,熔深波动很大。在进行激光深熔焊接时,激光功率可以控制熔透深度和焊接速度。通常,对当激光束直径确定时,熔深随着激光功率增大而增大。

2.       焊接速度

焊接速度是熔深影响的一个重要因素,提高焊接速度全使熔深变小,降低速度会导致材料过度熔化,使得工件被焊穿。所以,当激光功率和工件的厚度一定时,每种材料都有一个合适的焊接速度范围,着这个范围内,达到合适的焊接速度值时,可以获得最大的熔深。

3.       离焦量

离焦量是激光焊接最重要的工艺参数之一,当激光功率和焊接速度确定时,离焦量处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和最佳的焊缝质量。分为正离焦和负离焦。焦平面位于工件上方称之为正离焦,焦平面位于工件下方称之为负离焦。按照几何光学理论,当正负离焦在数值上相等对时,所对应平面上的功率安密度近似相等,但实际上所获得的熔池形状不相同。采用负离焦进行激光焊接时,可以得到更大的熔深,所以,应采用正离焦焊接薄板材料,采用负离焦焊接厚材料。

4.       保护气体

激光焊接通常使用惰性气体保护熔池,如氮、氩、氦等气体。使用保护气体可以使工件在接时不被氧化。某些材料焊接如果允许表面氧化,可以不使用保护气体。使用保护气体也可以保护聚焦透镜不被金属蒸气污染和液体熔滴溅射。保护气体还可以驱散高功率激光焊接产生的等离子体,防止激光束的部分能量被等离子消耗,影响焊接质量。

激光焊接工艺优势

1.       能量密度极高

由于激光具有良好的传输和聚焦特性,通过透镜组可以将全部能量集中于极小的作用点上,这样,激光扫就能利用最少的能量作用于最小的目标区域,所以激光热源的能量密度极高。

2.       焊接质量较好

由于激光热涛能量密度极高,使得激光焊接的速度较快,焊缝深宽比高,焊接热影响区宽度和焊接变形量均较小,而且冷却速度较快,焊缝组织的晶粒更加细化,焊缝的致密性和强度均较高,焊接接头具有优异的性能。

3.  由于聚焦光斑很小,可以精确定们焊缝隙。另外,激光的输出没有:“惯性”,在高速加工时可以急停和重新启动,与数控机床或者机器人可以组成多功能激光加工系统,实现快速、高效和高精度的自动化焊接。

4.  可以实现大气条件下的非接触焊接

由于激光焊接的能量来源于激光束,不与工件发生物理接触,没有对工件施加外力,不存在加工工具损耗和调换的问题。电子束焊接虽然也是无接触焊接,但是,电子束焊接时需要抽真空,大气对无影响,焊接录存大此问题。另外,磁场对激光也无影响。所以,激光可以实现大气条件眄的非接触焊接。

5.       可以焊接不同的材料

由于激光热源能量密度极高,可以对熔点和导热率较高、物理性质差异较大的同种或者异种金属材料实现有效的焊接。

6.         生产效率高、 生活成本较低

   激光焊接加工速度快,不需要经常更换焊枪、喷嘴,而且激光束便于控制、传输特性好,能较好地实现自动批操作。另外,激光焊接的加工精度高。可以减少再加工的费用,所以,激光的有生产效率较高和生产成本较低的优点。

   激光焊接也有其缺点,比如,激光焊接的焊接深度有限,工件装配精度高,而且激光加工系统较为昂贵,一次性投资较高。但是,瑕不掩瑜,激光焊接以其著的优点为,在工业生产中得到了广泛的应用。

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