激光焊接七年夜绝招

by 北山 .

激光焊接是激光材料加工技巧应用的重要方面之一。20世纪70年代重要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件外面,外面热量经由过程热传导向内部扩散,经由过程控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和反复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。因为其独特的长处,已成功应用于微、小型零件的周详焊接中。

高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新范畴。获得了以小孔效应为理论基本的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业范畴获得了日益广泛的应用。

与其它焊接技巧比拟,激光焊接的重要长处是:

1、速度快、深度年夜、变形小。

2、能在室温或特别前提下进行焊接,焊接设备装配简单。例如,激光经由过程电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体情况中均能施焊,并能经由过程玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

3、可焊接难熔材料如钛、石英等,并能对异性材料施焊,后果优胜。

4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。

5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能准肯定位,可应用于年夜批量主动化临盆的微、小型工件的组焊中。

6、可焊接难以接近的部位,施行非接触远距离焊接,具有很年夜的灵活性。尤其是近几年来, 在YAG激光加工技巧中采取了光纤传输技巧,使激光焊接技巧获得了更为广泛的推广和应用。

7、激光束易实现光束按时光与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,光纤激光焊接机是将高能激光束耦合进入光纤,远距离传输后,通过准直镜准直为平行光,再聚焦于工件上实施焊接的一种激光焊接设备。,为更周详的焊接供给了前提。

然则,激光焊接也存在着必定的局限性:

1、请求焊件装配精度高,且请求光束在工件上的地位不克不及有明显偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小,焊缝窄,为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到请求,很轻易造成焊接缺憾。

2、激光器及其相干体系的成本较高,一次性投资较年夜。

二、激光焊接热传导

激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属外面,经由过程激光与金属的互相感化,使金属熔化形成焊接。在激光与金属的互相感化过程中,金属熔化仅为个中一种物理现象。有时光能并非重要转化为金属熔化,而以其它情势表示出来,如汽化、等离子体形成等。然而,要实现优胜的熔融焊接,必须使金属熔化成为能量转换的重要情势。为此,必须懂得激光与金属互相感化中所产生的各类物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系,从而经由过程控制激光参数,使激光能量绝年夜部分转化为金属熔化的能量,达到焊接的目标。

三、激光焊接的工艺参数。

1、功率密度。

功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采取较高的功率密度,在微秒时光范围内,表层即可加热至沸点,产生年夜量汽化。是以,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点须要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成优胜的熔融焊接。是以,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在104~106W/CM2。

2、激光脉冲波形。

激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料外面,金属外面将会有60~98%的激光能量反射而损掉掉落,且反射率随外面温度变更。在一个激光脉冲感化时代内,金属反射率的变更很年夜。

3、激光脉冲宽度。

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是差别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

4、离焦量对焊接质量的影响。

激光焊接平日须要必定的离做文章一,因为激光核心处光斑中间的功率密度过高,轻易蒸发成孔。分开激光核心的各平面上,功率密度分布相对平均。

离焦方法有两种:正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离做文章一相等时,所对应平面上功率密度近似雷同,但实际上所获得的熔池外形不合。负离焦时,可获得更年夜的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验注解,激光加热50~200us材料开端熔化,形成液相金属并出现问分汽化,形成市压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出刺眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属活动至熔池边沿,在熔池中间形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比外面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当请求熔深较年夜时,采取负离焦;焊接绵力薄材料时,宜用正离焦。

四、激光焊接工艺办法。

1、片与片间的焊接。

包含对焊、端焊、中间穿透熔化焊、中间穿孔熔化焊等4种工艺办法。

2、丝与丝的焊接。

包含丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺办法。
3、金属丝与块状元件的焊接。

采取激光焊接可以成功的实现金属丝与块状元件的连接,块状元件的尺寸可以随便率性。在焊接中应留意丝状元件的几何尺寸。

4、不合金属的焊接。

焊接不合类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。不合伙料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。

五、激光钎焊。

有些元件的连接不宜采取激光熔焊,但可应用激光作为热源,施行软钎焊与硬钎焊,同样具有激光熔焊的长处。采取钎焊的方法有多种,个中,激光软钎焊重要用于印刷电路板的焊接,尤其实用于片状元件组装技巧。采取激光软钎焊与其它方法比拟有以下长处:

1、因为是局部加热,元件不易产生热毁伤,热影响区小,是以可在热敏元件邻近施行软钎焊。
2、用非接触加热,熔化带宽,不须要任何帮助对象,可在双面印刷电路板上双面元件设备后加工。
3、反复操作稳定性好。焊剂对焊接对象污染小,且激光照射时光和输出功率易于控制,激光钎焊成品率高。
4、激光束易于实现分光,可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件进行时光与空间瓜分,能实现多点同时对称焊。
5、激光钎焊多用波长1.06um的激光作为热源,可用光纤传输,是以可在惯例方法不易焊接的部位进行加工,灵活性好。
6、聚焦性好,易于实现多工位装配的主动化。

六、激光深熔焊。

1、冶金过程及工艺理论。

激光深熔焊冶金物理过程与电子束焊极为类似,即能量转换机制是经由过程“小孔”构造来完成的。在足够高的功率密度光束照射下,材料产生蒸发形成小孔。这个充斥蒸汽的小孔如同一个黑体,几乎全部接收入射光线的能量,孔腔内均衡温度达25000度阁下。热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包抄着这个孔腔的金属熔化。小孔内充斥在光束照射下壁体材料持续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包抄着熔融金属,液态金属四周即围着固体材料。孔壁外液体流动和壁层外面张力与孔腔内持续产生的蒸汽压力相持并保持着动态均衡。光束赓续进入小孔,小孔外材料在持续流动,跟着光束移动,小孔始终处于流动的稳定态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属跟着前导光束进步速度向前移动,熔融金属填充着小孔移开后留下的闲暇并随之冷凝,焊缝于是形成。

2、影响身分。

对激光深熔焊产生影响的身分包含:激光功率,激光束直径,材料接收率,焊接速度,保护气体,透镜焦长,核心肠位,激光束地位,焊接肇端和终止点的激光功率渐升、渐降控制。

3、激光深熔焊的特点及长处。

特点:(1)高的深宽比。因为熔融金属围着圆柱形高温蒸汽腔体形成并延长向工件,焊缝就变得深而窄。(2)最小热输入。因为源腔温度很高,熔化过程产生得极快,输入工件热量极低,热变形和热影响区很小。(3)高致密性。因为充斥高温蒸汽的小孔有利于熔接熔池搅拌和蔼体逸出,导致生成无气孔熔透焊接。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织微细化。(4)强固焊缝。(5)精确控制。(6)非接触,激光焊接机价格受哪些因素的影响呢?,年夜气焊接过程。

长处:(1)因为聚焦激光束比惯例办法具有高得多的功率密度,导致焊接速度快,热影响区和变形都较小,还可以焊接钛、石英等难焊材料。(2)因为光束轻易传输和控制,又不须要经常改换焊炬、喷嘴,明显削减停机帮助时光,所以有荷系数和临盆效力都高。(3)因为纯化感化和高的冷却速度,焊缝强,综合机能高。(4)因为均衡热输入低,加工精度高,可削减再加工费用。别的,激光焊接的动转费用也比较低,可以下出世产成本。(5)轻易实现主动化,对光束强度与精细定位能进行有效的控制。

4、激光深熔焊设备。 ,激光焊接机,又常称为激光焊机、镭射焊机,是激光材料加工用的机器,按其工作方式分为激光模具烧焊机、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机,;

激光深熔焊平日选用持续波CO2激光器,这类激光器能保持足够高的输出功率,产生“小孔”效应,熔透全部工件截面,形成强韧的焊接接头。

就激光器本身而言,它只是一个能产生可作为热源、偏向性好的平行光束的装配。假如把它导向和有效处理后射向工件,其输入功率就具有强的相容性,使之能更好的适应主动化过程。

为了有效实施焊接,激光器和其他一些须要的光学、机械以及控制部件一路合营构成一个年夜的焊接体系。这个体系包含激光器、光束传输组件、工件的装卸和移动装配,还有控制装配。这个体系可所以仅由操作者简单地手工搬运和固定工件,也可所以包含工件能主动的装、卸、固定、焊接、考验。这个体系的设计和实施的总请求是可获得知足的焊接质量和高的临盆效力。

七、钢铁材料的激光焊接。

1、碳钢及通俗合金钢的激光焊接。

总的说,碳钢激光焊接后果优胜,其焊接质量取决于杂质含量。就象其它焊接工艺一样,硫和磷是产生焊接裂纹的敏感身分。

为了获得知足的焊接质量,碳含量跨越0.25%时须要预热。当不合含碳量的钢互相焊接时,焊炬可稍偏向低碳材料一边,以确保接头质量。

低碳沸腾钢因为硫、磷的含量高,并不合适激光焊接。低碳沉着钢因为低的杂质含量,焊接后果就很好。

中、高碳钢和通俗合金钢都可以进行优胜的激光焊接,但须要预热和焊后处理,以清除应力,避免裂纹形成。

2、不锈钢的激光焊接。

一般的情况下,不锈钢激光焊接比惯例焊接更易于获得优质接头。因为高的焊接速度热影响区很小,敏化不成为重要问题。与碳钢比拟,不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。

3、不合金属之间的激光焊接。

激光焊接极高的冷却速度和很小的热影响区,为很多不合金属焊接熔化后有不合构造的材料相容创造了有利前提。现已证实以下金属可以顺利进行激光深熔焊接:不锈钢~低碳钢,416不锈钢~310不锈钢,347不锈钢~HASTALLY镍合金,镍电极~冷锻钢,不合镍含量的双金属带。