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金屬鈑金新聞

激光精密焊接應(yīng)用介紹

來源:海力士光電科技2016-07-20 我要評論(0 )   

【點焊和縫焊】激光焊接可以用單獨的激光脈沖或者在連續(xù)波運行模式下進行連接作業(yè)。焊縫形狀表明了對接工件的邊緣如何相互接合。

 【點焊和縫焊】

激光焊接可以用單獨的激光脈沖或者在連續(xù)波運行模式下進行連接作業(yè)。

焊縫形狀表明了對接工件的邊緣如何相互接合。例如既可以是相互重疊,也可以是相互對接。焊縫是否連續(xù),或者是否由各個單獨的焊縫組成?焊縫是否由很多短線條或者小圓圈組成?對于判斷焊縫類型適用的標(biāo)準(zhǔn)是:焊縫必須達到要求的強度,不得向工件傳導(dǎo)太多熱量。

不同的焊縫類型要求激光源以不同的運行模式運行。

連續(xù)波運行模式
在這個運行模式下,活性介質(zhì)被不斷激勵,產(chǎn)生了連續(xù)的激光束。

脈沖運行模式

相反,在脈沖運行模式下,活性介質(zhì)不是被連續(xù)地,而是被脈動地激發(fā)。由此產(chǎn)生了時間上斷斷續(xù)續(xù)的激光束。此時,激光材料加工的重要參數(shù)包括激光脈沖的周期和能量以及脈沖頻率。


【激光堆焊】
堆焊屬于一種制造工藝,用于現(xiàn)有工件的維修或者改型,以及表面的修飾。根據(jù)工作任務(wù)不同,可以采用手動或者自動激光堆焊。
手動激光堆焊

在采用手動激光堆焊時,焊工“用手”將助焊劑引導(dǎo)到加工位置。在這種工藝中,大多數(shù)情況下用一條直徑在 0.15 到 0.6 mm 之間的焊絲作為助焊劑。激光束將焊絲熔化。熔體與同樣被熔化的基材牢固地連接在一起,然后重新凝固。留下一小塊隆起的區(qū)域。點對點、線對線和層對層,焊工塑造出所想要的形狀。在作業(yè)過程中,氬氣氣流將工作區(qū)域與空氣隔離開。最后重新恢復(fù)原先的形狀,也就是通過磨削、旋轉(zhuǎn)、銑削或侵蝕工藝。

自動激光堆焊

在使用自動激光堆焊時,由機器將助焊劑引導(dǎo)到加工位置。助焊劑同樣可以是焊絲,但是在這種技術(shù)中關(guān)鍵是金屬粉末。將金屬粉末一層層地涂敷到基材上,沒有微孔和裂紋地與基材熔合在一起。金屬粉末變成與表面連接的高強度焊縫。在冷卻后就形成了一個金屬層,可以對其進行機械加工。特殊之處在于,可以有針對性地形成多層同樣或者不同的金屬鍍層。



【熱傳導(dǎo)焊接】
在熱傳導(dǎo)焊接時,激光束將對接工件沿著結(jié)合部位熔化。熔體相互融合在一起,凝固成焊縫。

熱傳導(dǎo)焊接用于連接薄壁類零件,例如設(shè)備外殼可見表面的角焊縫。此外還廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)。激光產(chǎn)生平坦、圓滑的焊縫,無需再作后續(xù)加工。對于上述用途,可以使用脈沖固體激光器或者連續(xù)波固體激光器。在熱傳導(dǎo)焊接時,能量只通過熱傳導(dǎo)到達工件。因此,焊縫深度只有十分之幾毫米到一毫米。材料的導(dǎo)熱性限制了最大焊縫深度。焊縫寬度通常比焊縫深度大。如果無法足夠快地讓熱量散發(fā)出去,加工溫度就會超過蒸發(fā)溫度。產(chǎn)生金屬蒸汽,焊入深度急劇增大,這個焊接工藝就轉(zhuǎn)變?yōu)樯钊酆浮?br />
【激光深熔焊】
在深熔焊時需要很高的功率密度,達到大約 1 MW/cm²。激光束不僅僅熔化金屬,而且還產(chǎn)生蒸汽。

當(dāng)蒸汽流出時,就向熔體施加壓力,將其部分?jǐn)D出。工件繼續(xù)熔化。產(chǎn)生了一個又深又窄、充滿蒸汽的孔:金屬蒸汽毛細(xì)管,俗稱鑰匙孔(英語:Keyhole)。金屬蒸汽毛細(xì)管周圍環(huán)繞著金屬熔體。如果激光束在結(jié)合部位上方移動,那么金屬蒸汽毛細(xì)管就隨其移動,穿過工件。金屬熔體環(huán)繞著毛細(xì)管,在工件的背面凝固。通過這種方式,形成了又深又窄而且結(jié)構(gòu)均勻的一條焊縫。焊縫深度是焊縫寬度的最多10倍以上,可達25mm。在金屬蒸汽毛細(xì)管流過熔體的外壁上,激光束被多次反射。在這個過程中熔體幾乎將激光束全部吸收,提高了焊接工藝的效率。如果用CO2激光器焊接,則毛細(xì)管內(nèi)的金屬蒸汽吸收激光,然后被部分電離。這樣就產(chǎn)生了等離子體。等離子體同樣將能量傳導(dǎo)到工件上。因此,深熔焊具有效率高、焊接速度快的特點。由于速度快,熱影響區(qū)很小,并且?guī)缀鯖]有變形。當(dāng)要求焊入深度很大或者一次性焊接多層材料時,就使用這種工藝。

【激光掃描焊接】
采用掃描焊接技術(shù),可以將生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計得生產(chǎn)率高、靈活,從而使大批量生產(chǎn)中的焊接工藝比傳統(tǒng)的焊接工藝更快、更精確、更經(jīng)濟。

在采用掃描焊接時,通過可移動的反射鏡 [1] 實現(xiàn)對加工光束的引導(dǎo)。通過反射鏡的角度變化引導(dǎo)激光束 [4]。這樣就產(chǎn)生了一個加工區(qū)[3],在這其中可以高度動態(tài)、精確地實施焊接作業(yè)。加工區(qū)的大小取決于工作距離和激光束的偏轉(zhuǎn)角度。加工速度和工件上的光斑直徑取決于鏡組的成像特性、激光束的入射角度、光束質(zhì)量和材料。通過一個輔助透鏡系統(tǒng) [2] 的移動,焦點也可以在 Z 軸方向以極高的動態(tài)性移動,從而無需移動激光頭或者工件,就可以對三維工件進行完整地加工。由于激光束的偏移運動速度非??欤蛶缀鯖]有非生產(chǎn)時間,激光器可以在將近100%的生產(chǎn)時間內(nèi)進行作業(yè)。


此外,在焊接過程中,與一個機器人相連接的掃描透鏡可以從一個工件上方經(jīng)過。這個“飛行”運動被人們稱為“飛行焊接”。機器人和掃描鏡組實時地將它們的運動相互同步。使用機器人大幅擴大了工作空間,可以實現(xiàn)真正的三維工件加工??梢杂靡粋€操作方便的編輯器對可編程聚焦鏡組進行編程,這個編輯器可以設(shè)計和保存在一個工件上的焊接圖形。光束質(zhì)量高的大功率碟片式激光器用作激光源。一條或者幾條靈活的光纖將激光束從激光器引導(dǎo)到加工站。


【復(fù)合焊接】
針對困難情況:激光焊接和另一種焊接工藝的組合,用于建筑鋼材加工業(yè)的特殊用途。

復(fù)合焊接將激光焊接與另一種焊接工藝相組合。適合與激光焊接組合的焊接工藝既可以是MIG焊接( 熔化極惰性氣體保護焊)或MAG焊接( 熔化極活性氣體保護焊),也可以是WIG焊接(鎢極惰性氣體保護焊)或等離子焊接。這樣,在船舶制造業(yè)中可以焊接長度最長 20 m、厚度最大 15 mm 的大型船用鋼板。鋼板之間的距離非常大,僅憑激光束是無法將其焊接在一起的。在這種情況下,人們將MIG焊接與激光焊接組合使用。激光對較深的焊縫提供了很高的功率密度。加快了焊接速度,減少了熱輸入量和變形。MIG 焊炬橫跨鋼板之間的空隙,通過焊接助劑將接縫封閉。復(fù)合焊接比單獨采用MIG焊接的速度更快,并且在這個過程中工件的變形很小。
 

【激光釬焊】

焊接助劑是指在激光釬焊時將對接工件連接的焊料。 焊料的熔點低于工件材料的溫度。因此,在加工過程中只有焊料會熔化。

對接工件只是被加熱。當(dāng)焊料變?yōu)橐簯B(tài)后,就會流入對接縫隙,與工件表面相連接(擴散連接)。為了能夠?qū)⒑缚p作釬焊處理,必須從一側(cè)可以接近焊縫。工件之間的細(xì)小縫隙就起到象毛細(xì)管一樣的作用。液態(tài)的焊料被拉入對接縫隙。


釬焊接頭的強度與焊料的強度一致。硬焊料,例如銅基和鋅基釬焊料,在釬焊時可以達到和焊接時差不多的高強度。釬焊焊縫的表面光滑、干凈,與工件構(gòu)成弧形的過渡面,因此不必作后續(xù)加工。這個優(yōu)點使激光釬焊被大量應(yīng)用在汽車制造業(yè)。釬焊焊縫出現(xiàn)在汽車的行李廂蓋或者車頂上。在噴漆之前,只需將車身構(gòu)件作清潔處理。

此外,還廣泛應(yīng)用于房屋鋼混結(jié)構(gòu)。由不同材料構(gòu)成的工件由于各種材料的熔點各不相同,通常很難甚至無法焊接。例如銅與鋼的連接就是如此。對于這個以及類似的連接任務(wù),釬焊就是合適的選擇。

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激光精密焊接激光釬焊
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