隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了激光焊接。那么什么是激光焊接呢？激光焊接的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)又有哪些呢？
下圖是激光焊接的工作原理：
首先，什么是激光？世界上的第一個(gè)激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)106瓦，但仍屬于低能量輸出。
激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，假如焦點(diǎn)靠近工件，工件就會(huì)在幾毫秒內(nèi)熔化和蒸發(fā)，這一效應(yīng)可用于焊接工藝高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。激光焊接設(shè)備的關(guān)鍵是大功率激光器，主要有兩大類，一類是固體激光器，又稱Nd:YAG激光器。Nd（釹）是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁柘榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm，主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省往復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車產(chǎn)業(yè)常用輸出功率為3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器，又稱CO2激光器，分子氣體作工作介質(zhì)，產(chǎn)生均勻?yàn)?0.6μm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標(biāo)準(zhǔn)激光功率在2-5千瓦之間。
與其它傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是：
1、速度快、深度大、變形小。
2、能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會(huì)偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。
3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對(duì)異性材料施焊，效果良好。
4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：1，最高可達(dá)10：1。
5、可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。
6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)間隔焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。
7、激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。
但是，激光焊接也存在著一定的局限性：
1、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有明顯偏移。這是由于激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊縫窄，為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求，很輕易造成焊接缺陷。
2、激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。
激光焊接的工藝參數(shù)
?。?）功率密度
功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在104~106W/cm2。
?。?）激光脈沖波形
激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題，尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。
?。?）激光脈沖寬度
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
?。?）離焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響
因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對(duì)均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。
激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域
激光焊接在制造行業(yè)、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)以及其他領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
激光焊接在汽車制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，縮減如下：
目前，德國大眾汽車公司在AudiA6、GolfA4、Passat等品牌的車頂均采用激光焊接，寶馬、通用公司在車架頂部也采用激光焊接，德國奔馳公司則采用激光焊接傳動(dòng)部件。
除了激光焊接，其他激光技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用：大眾、通用、奔馳、日產(chǎn)公司應(yīng)用了激光技術(shù)切割覆蓋件，菲亞特和豐田公司應(yīng)用激光涂覆發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥，大眾公司則對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸進(jìn)行激光表面硬化處理。
從目前國內(nèi)的情況來看，國際品牌的國產(chǎn)化車型：帕薩特、波羅、途安、奧迪、東風(fēng)標(biāo)致、?？怂沟榷家呀?jīng)采用激光焊接技術(shù)，其中一汽大眾奧迪A6頂蓋和寶來后蓋采用激光焊接，速騰和途安的車身激光焊縫長度分別達(dá)到30、40m。此外，國內(nèi)自主汽車品牌的華晨、奇瑞、吉利汽車也相繼在其新車型上應(yīng)用激光焊接技術(shù)。
改善和發(fā)展激光焊接的新技術(shù)
隨著時(shí)代的進(jìn)步，激光焊接的技術(shù)也在不斷發(fā)展中，以下幾項(xiàng)技術(shù)有助擴(kuò)展激光焊接的應(yīng)用范圍及提高激光焊接自動(dòng)控制水平。
1、填充焊絲激光焊
激光焊接一般不填充焊絲，但對(duì)焊件裝配間隙要求很高，實(shí)際生產(chǎn)中有時(shí)很難保證，限制了其應(yīng)用范圍。采用填絲激光焊，可大大降低對(duì)裝配間隙的要求。例如板厚2mm的鋁合金板，如不采用填充焊絲，板材間隙必須為零才能獲得良好的成形，如采用φ1.6mm的焊絲做為填充金屬，即使間隙增至1.0mm，也可保證焊縫良好的成形。此外，填充焊絲還可以調(diào)整化學(xué)成分或進(jìn)行厚板多層焊。
2、光束旋轉(zhuǎn)激光焊
使激光束旋轉(zhuǎn)進(jìn)行焊接的方法，也可大大降低焊件裝配以及光束對(duì)中的要求。例如在2mm厚高強(qiáng)合金鋼板對(duì)接時(shí)，允許對(duì)縫裝配間隙從0.14mm增大到0.25mm；而對(duì)4mm厚的板，則從0.23mm增大到0.30mm。光束中心與焊縫中心的對(duì)準(zhǔn)允許誤差從0.25mm增加至0.5mm。
3．激光焊接質(zhì)量在線檢測與控制
利用等離子體的光、聲、電荷信號(hào)對(duì)激光焊接過程進(jìn)行檢測，近年來已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，少數(shù)研究成果已達(dá)到了閉環(huán)控制的程度。
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