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激光焊接的特点

激光焊接的特点
激光焊接的特点

激光焊接的特点

一、激光焊接的主要特性

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄

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表面,表面热量通过热传

导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效

应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。与

其它焊接技术相比,激光焊接的主要优点是:

1、速度快、深度大、变形小。

2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,

光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透

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,效果良好。

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,且能精确定位,可应用于

大批量自动化生产的微、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,具有很大的灵活性。尤其是近

几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的

推广和应用。

7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为

更精密的焊接提供了条件。

但是,激光焊接也存在着一定的局限性:

1、要求焊件装配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。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

不到要求,很容易造成焊接缺憾。

2、激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。

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表面,通过激光与金属的相互作用,使金属

熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中,金属熔化仅为其中一种物理现象。有时

光能并非主要转化为金属熔化,而以其它形式表现出来,如汽化、等离子体形成等。然而,要实现良好的熔融焊接,必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此,必须了解激光

与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系,从而通过

控制激光参数,使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量,达到焊接的目的。

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。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,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,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,

底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,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

激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。

3、激光脉冲宽度。

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区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。

激光焊接通常需要一定的离焦,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发

成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。

离焦方式有两种: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,当正负离焦相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得

的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,

激光加热50~200us材料开始熔化,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,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,

在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,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,当要求熔深较大时,采用负离焦;

焊接薄材料时,宜用正离焦。

四、激光焊接工艺方法

1、片与片间的焊接。

包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。

2、丝与丝的焊接。

包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。

3、金属丝与块状元件的焊接。

采用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任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。

4、不同金属的焊接。

焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。不同材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用激光熔焊,但可利用激光作为热源,施行软钎焊与硬钎焊,同样具有激光熔焊的优点。采用钎焊的方式有多种,其中,激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接,尤其实用于片状元件组装技术。采用激光软钎焊与其它方式相比有以下优点:

1、由于是局部加热,元件不易产生热损伤,热影响区小,因此可在热敏元件附近施行软钎焊。

2、用非接触加热,熔化带宽,不需要任何辅助工具,可在双面印刷电路板上双面元件装备后加工。

3、重复操作稳定性好。焊剂对焊接工具污染小,且激光照射时间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间与空间分割,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,因此可在常规方式不易焊接的部位进行加工,灵活性好。

6、聚焦性好,易于实现多工位装置的自动化。

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相似,即能量转换机制是通过“小孔”结构

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。这个充满蒸汽的小

孔犹如一个黑体,几乎全部吸收入射光线的能量,孔腔内平衡温度达25000度左右。热量

从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔的金属熔化。小孔内充满在光束照射下

壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周即围着固体

材料。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外材料在连续流动,随着光束移动,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随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属填

充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。

2、影响因素。

对激光深熔焊产生影响的因素包括:激光功率,激光束直径,材料吸收率,焊接速度,保护气体,透镜焦长,焦点位置,激光束位置,焊接起始和终止点的激光功率渐升、渐降

控制。

3、激光深熔焊的特征及优点。

特征:(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伸向工件,

焊缝就变得深而窄。(2)最小热输入。因为源腔温度很高,熔化过程发生得极快,输入工

件热量极低,热变形和热影响区很小。(3)高致密性。因为充满高温蒸汽的小孔有利于熔

接熔池搅拌和气体逸出,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,大气焊接过程。

优点:(1)由于聚焦激光束比常规方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)因为光束容易传输和控制,

又不需要经常更换焊炬、喷嘴,显著减少停机辅助时间,所以有荷系数和生产效率都高。(3)由于纯化作用和高的冷却速度,焊缝强,综合性能高。(4)由于平衡热输入低,加工精

度高,可减少再加工费用。另外,激光焊接的动转费用也比较低,可以降低生产成本。(5)容易实现自动化,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。

激光深熔焊通常选用连续波CO2激光器,这类激光器能维持足够高的输出功率,产生“小孔”效应,熔透整个工件截面,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、方向性好的平行光束的装置。如

果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,使之能更好的适应自

动化过程。

为了有效实施焊接,激光器和其他一些必要的光学、机械以及控制部件一起共同组成

一个大的焊接系统。这个系统包括激光器、光束传输组件、工件的装卸和移动装置,还有

控制装置。这个系统可以是仅由操作者简单地手工搬运和固定工件,也可以是包括工件能

自动的装、卸、固定、焊接、检验。这个系统的设计和实施的总要求是可获得满意的焊接

质量和高的生产效率。

七、钢铁材料的激光焊接

1、碳钢及普通合金钢的激光焊接。

总的说,碳钢激光焊接效果良好,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因素。

为了获得满意的焊接质量,碳含量超过0.25%时需要预热。当不同含碳量的钢相互焊

接时,焊炬可稍偏向低碳材料一边,以确保接头质量。

低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高,并不适合激光焊接。低碳镇静钢由于低的杂质含量,焊接效果就很好。

中、高碳钢和普通合金钢都可以进行良好的激光焊接,但需要预热和焊后处理,以消

除应力,避免裂纹形成。

2、不锈钢的激光焊接。

一般的情况下,不锈钢激光焊接比常规焊接更易于获得优质接头。由于高的焊接速度

热影响区很小,敏化不成为重要问题。与碳钢相比,不锈钢低的热导系数更易于获得深熔

窄焊缝。

3、不同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,为许多不同金属焊接融化后有不同结构

的材料相容创造了有利条件。现已证明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,不同镍含

量的双金属带。【MechNet】

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数(精)

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法,它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点,比如空间限制,对于精细器件不易操作等,而激光焊接不但不具有上述缺点,而且能进行精确的能量控制,可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下,诱导高能态的原子向低能态跃迁,并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接,这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究,从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用,经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点,近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段,越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比,激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题,但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用,实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级,任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态,物质与光子相互作用时,粒子从一个能级跃迁到另一个能级,并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E,频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2,处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ,并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级,即使没有外界作用,粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态(E2)向低能级基态(E1)跃迁,同时辐射出能量为(E2-E1)的光子,光子频率ν=(E2-E1)/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光,不具有相位、偏振态上的一致,是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外,处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=(E2-E1)/h的光子入射时,也会引发粒子以一定的概率,迅速地从能级E2跃迁到能级E1,同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子,这个过程称为受激辐射。 2.3.受激吸收 受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子,在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子,并跃迁至高能级E2,这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的,受激辐射是相干的。 由受激辐射和自发辐射的相干性可知,相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况:使得腔内某一特定模式的ρ很大,而其他所有模式的都很小,就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度,使相干

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要:焊接技术主要应用在金属母材热加工上,常用的有电弧焊,电阻焊,钎焊, 电子束焊,激光焊等多种,本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数,还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用,并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词:焊接技术;激光焊接;工作原理;工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法,它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点,比如空间限制,对于精细器件不易操作等,而激光焊接不但不具有上述缺点,而且能进行精确的能量控制,可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属,特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下,诱导高能态的原子向低能态跃迁,并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接,这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究,从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用,经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点,近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段,越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比,激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题,但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用,实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级,任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态,物质与光子相互作用时,粒子从一个能级跃迁到另一个能级,并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E,频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2,处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ,并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级,即使没有外界作用,粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态(E2)向低能级基态(E1)跃迁,同时辐射出能量为(E2-E1)的光子,光子频率ν=(E2-E1)/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光,不具有相位、偏振态上的一致,是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外,处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=(E2-E1)/h的光子入射时,也会引发粒子以一定的概率,迅速地从能级E2跃迁到能级E1,同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子,

激光焊接的工艺参数及特性分析讲解

激光焊接的工艺参数及特性分析 一、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。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,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,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,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 一、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。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,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,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,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表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区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。激光焊接通常需要一定的离焦,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种: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相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200us材料开始熔化,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,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,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,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。 二、激光焊接工艺方法: 1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。

车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准

车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准 一汽大众汽车有限公司规划部 韩立军 简介:激光焊接技术以其较高的能量密度、较快的焊接速度、较高的电弧稳定性和优质的焊缝成型在汽车车身制造过程中得到广泛应用,一汽大众迈腾车身的激光焊缝总长度达42m 。激光焊接技术的使用使车身的前撞、后撞、侧撞都能符合较高的设计要求,但在产品设计过程中,对焊接接头的设计和焊缝质量的评价标准以及焊后焊缝的返修也相应提出更高的要求。 关键词:车身;激光焊接;接头型式;质量评价标准 中图分类号:TG453 文献标识码:A 0 前言 从20世纪80年代开始,激光技术开始运用于汽车车身制造领域,主要是运用激光焊接车身。激光焊接设备使用的激光器主要有两大类:Nd:Y AG 固体激光器,主要优点是产生的光束可以通过光纤传送; CO 2激光器,可以连续工作并输出很高的功率。 在开发激光焊接新技术方面,激光技术在车身制造过程中经历了不等厚板激光拼接技术、车身激光焊接技术、激光复合焊接技术的发展历程。与单一的激光熔焊技术相比,激光混合焊接技术具有显著的优点:高速焊接时电弧焊接的较高的稳定性、更大的熔深、较大缝隙的焊接能力、焊缝的韧性更好、通过焊丝可以调整焊缝组织结构等。焊缝的设计型式和焊缝标准的评价随着激光焊接技术的发展也不断进行着改变与完善,特别是近些年镀锌板、三层板和超高强钢板的广泛应用,对接头的设计型式提出了更高的要求,焊缝标准的评价也不断细化和优化,这不仅为制造优质的焊接车身提供了保证,也为焊缝的返修提供了理论依据。 目前,一汽大众公司在Audi C6、Golf A6、宝来、速腾、迈腾、Model X 等几乎所有品牌车型的车身制造过程中都不同程度地采用了激光切割、激光熔化焊接、激光复合焊接等先进的制造技术(如表1)。由于焊接部位不同,焊接接头的型式与评价标准也不尽相同,焊缝存在的焊接缺陷也不同,从而导致焊缝返修标准也存在一定差别。 表1 一汽大众车型激光焊接部位数据统计 以一汽大众迈腾车身为例,车身激光焊缝总长度高达42m ,焊缝的接头型式涉及顶盖激光钎焊时的对 接接头、前后风窗上沿的搭接I 型接头、后流水槽处的搭接角焊缝以及前端的角接角焊缝等诸多形式。由于焊缝的型式不同,激光焊接时的焊接方法、参数、评价标准和焊后返修的标准均有所不同(如图1)。 CADDY BORA A5 BORA A4 GOLF A4 AUDI C5 AUDI C6 AUDI B6 顶盖设备 V V V V V V 前端V V 白车身V 密封槽-侧围 V note: 侧围V 车门V 后盖 V V 221 1 1 1 应用工位 主焊 合计(27台) 1 表示HL4006D 表示HL3006D

激光焊接机的主要特性及工作原理(精)

激光焊接机的主要特性及工作原理 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,又常称为激光焊机、镭射焊机,按其工作方式常可分为激光模具烧焊机(手动焊接机)、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机,光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接机的主要特性 20世纪70年代主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表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 激光焊接与其它焊接技术相比, 激光焊接的主要优点是: 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过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,效果良好。 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,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、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,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为更精密的焊接提供了条件 二、激光焊接机的种类 激光焊接机又常称为激光焊机、雷射焊接机、镭射焊机、激光冷焊机、激光氩焊机、激光焊接设备等。按其工作方式常可分为激光模具烧焊机(手动激光焊接设备)、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机、振镜焊接机、手持式焊接机等,专用激光焊接设备有传感器焊机、矽钢片激光焊接设备、键盘激光焊接设备。 三、激光焊接机的工作原理 激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式,主要针对薄壁材料、精密零件的焊接,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等,深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小、变形小,焊接速度快,焊缝平整、美观,焊后无需处理或只需简单处理,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化。

激光焊接的特点

激光焊接的特点 一、激光焊接的主要特性 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄 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表面,表面热量通过热传 导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效 应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。与 其它焊接技术相比,激光焊接的主要优点是: 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场, 光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透 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,效果良好。 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,且能精确定位,可应用于 大批量自动化生产的微、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,具有很大的灵活性。尤其是近 几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的 推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为 更精密的焊接提供了条件。 但是,激光焊接也存在着一定的局限性: 1、要求焊件装配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。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 不到要求,很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。 二、激光焊接热传导

激光焊接焊缝跟踪

应用背景 与传统焊接技术相比,激光焊接在焊接质量和效率等各方面都具有明显优势。由于激光束的光斑直径较小,使得激光束准确对中焊缝成为实现高质量焊接的前提。因此,准确跟踪焊缝是激光焊接的关键所在。机器视觉检测是焊缝跟踪的主要方法之一,通过高速视觉传感器拍摄动态熔池图像序列,获取熔池特征参数,分析焊缝路径偏差与熔池特征参数之间的内在规律,建立焊缝路径与激光束偏差实时测量的视觉模型。然后输出调整量给机器人控制器,控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 应用优势 1、拍摄过程缓慢,可以获取高度清晰的熔池特征参数; 2、可以控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 拍摄效果 科天健已有多款高速相机用于焊缝跟踪项目应用中中,下面介绍两款常用高速相机。。

1、德国Optronis的CP80-4-M-500,该相机为Coaxpress接口,全分辨率为1696X1710下可达500fps,开窗分辨率为512X512时可达5000fps,它的这些特点可使拍摄画面更清晰,拍摄过程更缓慢。 图一CP80-4-M-500在5000fps@512X512下的拍摄效果 2、瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160,该相机采用Photonfocus的LINLOG技术,动态范围高达120dB;在全分辨率1024*1024分辨率下可达150帧/秒;开窗分辨率256*256时,帧率达到2241帧/秒。在Linlog功能下能有效抑制强等离子干扰,在焊机电压、电流较小时可直接用相机拍摄,无需光学辅助系统即可得到对比度较好的图像,借助光学辅助手段可得到高清晰的、细节清晰的图像。 图二MV-D1024E-160相机的拍摄效果

激光焊接原理讲解-共12页

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,又常称为激光焊机、镭射焊机,按其工作方式常可分为激光模具烧焊机(手动焊接机)、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机,光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接的主要特性。 20世纪70年代主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表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比,激光焊接的主要优点是: 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过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,效果良好。 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,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、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,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为更精密的焊接提供了条件。 但是,激光焊接也存在着一定的局限性: 1、要求焊件装配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。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要求,很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。

激光拼焊板技术简介激光拼焊特点及应用

激光拼焊板简介及特点及应用什么是激光拼焊板? 拼焊板是将几块没有同材质、没有同厚度、没有同涂层的钢材焊接成一块整体板,以满足零部件对材料性能的没有同要求。激光焊接凭着多项显着的优点,非常适合用于消耗拼焊板。 激光拼焊板简介--技术的发展 传统上汽车车身零件有两种成形方法:分离成形战整体成形。其中,分离成形方法是利用没有同的压机分别成形单个零件,然后将各个零件焊接起来组成目标部件。这种方法虽然提下了材料选择的灵活性,但同时也增加了冲压战加工本钱、装配本钱以及形状配合问题,并且由于点焊时材料的重迭额外增加了车身的重量。 整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身结构设计的观点来看,每个车身零件具有没有同的厚度战抗腐蚀性能要求,假如是单一板成形,必须对所有零部件的材料采取相同的等级、镀层类型战材料厚度,导致对某些零件的选材裕度过大,从而增加了车身的重量,提下了本钱,并且还会增大成形易度。这是整体成形方法与分离成形方法相比的一大缺点。 为了降低车身重量、提下车身的装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压战装配本钱,减少车身零件的数目同时将其整体化是非常必要的。因而,一种同时克服传统分离成形方法战整体成形方法的缺点的消耗形式――拼焊板冲压成形发展起来了。 激光拼焊板简介-技术特点 以车门内板为例:为了保证功能的需要,车门内板的主体必须有必然的柔性,而门板的前、后部需要有必然的强度。假如采取传统的冲压成形方法就需要另外设计增强板,而采取拼焊技术,可先将三块没有同厚度的钢板拼焊成一块整板,便可冲压成形。

激光拼焊板技术是基于成生的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术。激光焊接的下能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点,使得激光拼焊板技术具有以下特点:焊缝处的热应变值较低,热影响区小,通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需要的下能量,聚焦点的直径可以达到零点几个毫米,保留杰出的材料成形性能;焊缝较狭窄且平整,消除成形过程的没有利影响,避免了破坏工具、模具的危险;焊接消耗效率下,能够真现下度自动化。 激光拼焊板消耗装备首要有:传送装置、激光焊接装备、机械手、在线无损检测装备等。一般根据产量的没有同,可以采取没有同的装备组合。 激光焊接的首要工艺流程:卷料开平→落料→激光焊接→冲窝(假如需要)→堆垛包装激光拼焊板简介-技术上风 采取激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益,如车身装配中的大量点焊,把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接,凸缘宽度需要16mm,而激光拼焊板无需搭接,点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材,节省的用量视采取拼焊板的数量而定;用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件,平均是20点/min,焊距是25mm,速度则为0.5m/min,这会耗费相当的时间,采取激光拼焊板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提下。 零件数量的减少,以及随之而来的消耗装备战制造工艺简化,大大提下了消耗效率,降低整车制造及装配本钱;由于产品的没有同零件在成形前即通过激光连气儿焊接工艺焊接在一起,因而提下了产品的精度,大大降低了零部件的制造及装配公差;通过部件的优化减轻了重量,从而降低油耗,处于环保时代,这一点非常重要;由于没有再需要增强板,也没有搭接接缝,大大提下了装配件的抗腐蚀性能;通过消除搭接提下部件的耐腐蚀能力,大大减少了密封措施的使用;通过对材料厚度以及质量的严格筛选,在材料强度战抗冲击

激光焊接的环境

一、工艺特点及其影响因素 1、激光的投入能量密度。调整激光照射能量密度的方法主要有: A、调整激光输出能量(调整激发电压) B、调整光斑大小(调节出射焦距) C、改变光斑中的能量分布(改变光纤类型:峰形输出型——GI型光纤、梯形输出型―SI型光纤) D、改变出射脉冲的宽度和波形 2、材料反射率 大多数金属在激光开始照射时,会将大部分激光能量反射掉,所以,焊接过程开始的瞬间,要相应提高光束的功率。采用脉 冲激光缝悍二艺时,可以通过接入引弧板来保证整个焊接段的品质一致性。当金属表面开始熔化或汽化后,其反射率迅速降低。 二、影响材料对激光束吸收的主要因素 1、温度 室温时金属材料两激光的吸收率一般在20℃以下;当金属温度达到烙点产生熔融和气化后吸收率上升到40~50%;当接近沸点 时吸收率可高达90%。 材料的直流电阻率 材料对激光的吸收率与材料的直流电阻率的平方根成正比、与激光彼长的平方根成反比关系。 2、激光束的入射角 入射角越大,吸收率越小。当激光垂直于金属表面照射时,金属对激光的吸收率最大。但通常为了保护激光出射镜头,需要 维持一定的入射角。 村料的表面状态 为了低反射率,可在金属表面涂上薄薄一层全属粉,但两者必须是能够形成合金的。如饭、金、银可覆盖薄锐层,此时在同 样熔深的情况下,焊接所需的能量大约为原来铜、金、银所需的四分一。 3、聚焦性和离焦量 品质优良的YAG激光焊接装置,其聚焦性(光斑大小)是通过装置本身的光路同轴精度、输出光纤和出射头的成像比等来保 证。 以激光出射焦点正好落在工作上面时的位置为零。离焦量是指焦点离开这个零点的

距离量。焦点位置超过零点位置时叫负离 焦(焦点深入到工件内部),其距离值为负离焦量。反之,焦点不到零点的距离数值为正离焦量。要获得较大的熔深,可将焦点 位置选择在工件内部某一位置上,即采用负离焦量进行焊接。 4、焊接的穿入深度 脉冲激光焊接时,主要是以传热熔化方式进行的。激光束本身对金属的直接穿入深度是有限的,其主要取决于材料的导温系数(导温系数大的则穿入深度大),而不是激光器的功率大小。 内部构造及电气示意图

激光焊接基本原理讲解-共14页

一、激光基本原理 1、 LASER 是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅的英语开头字母 2、激光产生的原理 激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质,使介质内部原子的电子获得能量,受激而使电子运动轨道发生迁移,由低能态变为高能态。处于激发态的原子,受外界辐射感应,使处于激发态的原子跃迁到低能态,同时发出一束光;这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致,此时的光为受激辐射光。 为了得到高能量密度、高指向性的激光,必须要有封闭光线的谐振腔,使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡,进而提高光强,同时提高光的方向性。含有钕 (ND的 YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下,也能实现连续发振。 YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称,具有优异的光学特性,是最佳的激光发振用结晶体。 3、激光的主要特长 a 、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的,它是最纯的单色光 (波长、频率 b 、方向性――激光传播时基本不向外扩散。 c 、相干性――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。 d 、高输出功率――用透镜聚焦激光后,所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、 YAG 激光焊接

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内,在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区,从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种:脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。 l 、激光焊接加工方法的特征 A 、非接触加工,不需对工件加压和进行表面处理。 B 、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。 C 、短时间焊接,既对外界无热影响,又对材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合加工高熔点、高硬度、 特种材料。 D 、不需要填充金属、不需要真空环境 (可在空气中直接进行、不会像电子束那样在空气中产生 X 射线的危险。 E 、与接触焊工艺相比 . 无电极、工具等的磨损消耗。 F 、无加工噪音,对环境无污染。 G 、微小工件也可加工。此外,还可通过透明材料的壁进行焊接。 H 、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。 I 、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。 J 、很容易搭载到自动机、机器人装置上。

激光塑料焊接优势

塑料激光焊接工艺 1.激光的波长 在金属材料的激光焊接工艺中,一般采用YAG或者CO2激光作为光源,塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展,半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。 三者之中,由于易于获得较大功率,前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍;而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高,但对可控性和易操作性要求较高,因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。 CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列: 1.CO2激光:波长较长,为10.6微米,属远红外波段,一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW,转化效率约10%,最小聚焦直径约0.2~0.7mm。焊接塑料时热作用区深度较深,适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO2激光不能用光纤传输,只能$&* 透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路,从而影响激光头的操作性。 2.Nd:YAG激光:波长较短,为1.06微米,属近红外区波长,不易被塑料吸收。最大输出功率6kW,转化效率为3%,最小聚焦直径0.1~0.5mm。Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小,可以方便地通过光纤传输来构建光路,可将激光头装到机器人手臂上,实现焊接过程的数控和精密自动化;另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料,到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收,从而实现焊接。 3.半导体激光:波长0.8~1.0微米,最大输出功率6kW,转化效率30%,最小聚焦直径0.5mm。由于其输出输出功率较小,适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化。 2.塑料材料 能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上,所有热塑性塑料都能够被激光焊接。 塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为:在热作用区内的材料,要求对激光光波的吸收性好;不属于热作用区部分的材料,则要求对光波的透过性好,尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括: PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂(有机玻璃),PC塑料,ABS塑料, LDPE-低密度聚乙烯塑料,HDPE-高密度聚乙烯塑料,PVC-聚氯乙稀塑料,Nylon 6-尼龙6,Nylon 66-尼龙66,PS-PS树脂,等等。 上述各种塑料制成的塑料件,如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点,因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。 3.吸收剂 吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述,塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化,随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸

激光焊接工艺参数讲解

激光焊接原理与主要工艺参数 作者:opticsky 日期:2006-12-01 字体大小: 小中大 1.激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105~107 W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为:激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下,材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎吸收全部的入射光束能量,孔腔内平衡温度达2500 0C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料(而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量首先沉积于工件表面,然后靠传递输送到内部)。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外的材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快,使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值,低于此值,熔深很浅,一旦达到或超过此值,熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值(与材料有关),等离子体才会产生,这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值,工件仅发生表面熔化,也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时,深熔焊和传导焊交替进行,

影响激光焊接质量的因素

影响激光焊接质量的因素 影响激光焊接质量的因素很多.其中一些极易波动,具有相当的不稳定性。如何正确设定和控制这些参数,使其在高速连续的激光焊接过程中控制在合适的范围内,以保证焊接质量首先是焊缝成形的可靠性和稳定性,是关系到激光焊接技术实用化、产业化的重要问题。以板材对接单面焊双面成形工艺为例,影响激光焊接质量的主要因素分焊接设备,工件状况和工艺参数三方面,如图11所示。 图11 影响激光焊接质量的主要因素 1 焊接设备 对激光器的质量要求最主要的是光束模式和输出功率及其稳定性。光束模式是光束质量的主要指标,光束模式阶数越低,光束聚焦性能越好,光斑越小,相同激光功率下功率密度越高,焊缝深宽越大。一般要求基模(TEM00)或低阶模,否则难以满足高质量激光焊接的要求。虽然目前国产激光器在光束质量和功率输出稳定性方面用于激光焊接还有一定困难。但从国外情况来看,激光器的光束质量和输出功率稳定性已相当高,不会成为激光焊接的问题。 光学系统中影响焊接质量最大的因素是聚焦镜,所用焦距一般在127mm(5in)到200mm (7.9in)之间,焦距小对减小聚焦光束腰斑直径有好处,但过小容易在焊接过程中受污染和飞溅损伤。 2.工件状况 激光焊接要求对工件的边缘进行加工,装配有很高的精度,光斑与焊缝严格对中,而且工件原始装配精度和光斑对中情况在焊接过程中不能因焊接热变形而变化。这是因为激光光斑小,焊缝窄,一般不加填充金属,如装配不严间隙过大,光束能穿过间隙不能熔化母材,或者引起明显的咬边、凹陷,如光斑对缝的偏差稍大就有可能造成未熔合或未焊透。所以,一般板材对接装配间隙和光斑对缝偏差均不应大于0.1mm,错边不应大于0.2mm。当焊缝较长时,焊前的准备难度很大,普通剪床F料一般不能满足要求.必须经过机械加工或用高精度剪床剪切,还必须根据具体工件情况设计合适的精密胎夹具。实际生产中,有时因不能满足这些要求,而无法采用激光焊接技术。 3.焊接参数 (1)对激光焊接模式和焊缝成形稳定件的影响焊接参数中最主要的是激光光斑的功率密度,它对焊接模式和焊缝成形稳定性影响如下:随激光光斑功率密度由小变大依次为稳定热导焊、模式不稳定焊和稳定深熔焊[1][2],其产生条件和焊缝成形特征如表2所示。 表2 三种激光焊接过程的基本特征 焊接过程稳定热导焊(HCW)模式不稳定焊(UMW)稳定深熔焊(DPW) 产生条件低功率密度功率密度介于HCW和DPW之间高功率密度 焊接模式热导焊热导焊和深熔焊随机出现深熔焊 小孔特点不形成小孔小孔间断性地产生和消失小孔稳定存在 等离子体特点不产生等离子体等离子体间断性地产生和消失稳定的等离子体 焊缝成形特征熔深和熔宽均很小的近半圆形焊缝焊缝成形极不狗宝,熔深和熔宽在大小两给跳变熔深较大的指状焊缝 激光光斑的功率密度,在光束模式和聚焦镜焦距一定的情况下,主要由激光功率和光束焦

激光焊的主要工艺参数对焊接质量的影响

激光焊的主要工艺参数对焊接质量的影响 一、激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105~107W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为:激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下,材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎吸收全部的入射光束能量,孔腔内平衡温度达2500℃左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料(而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量首先沉积于工件表面,然后靠传递输送到内部)。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外的材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快,使焊接速度很容易达到每分钟数米。 二、激光深熔焊接的主要工艺参数 1. 激光功率 激光焊接中存在一个激光能量密度阈值,低于此值,熔深很浅,一旦达到或超过此值,熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值(与材料有关),等离子体才会产生,这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率

激光焊接工艺详解

激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展,近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢?激光焊接的特点与优点又有哪些呢? 下图是激光焊接的工作原理: 首先,什么是激光?世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生,因受限于晶体的热容量,只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦,但仍属于低能量输出. 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,假如焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器,主要有两大类,一类是固体激光器,又称Nd:YAG 激光器。Nd(钕)是一种稀土族元素,YAG代表钇铝柘榴石,晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm,主要优点是产生的光束可以通过光纤传送,因此可以省往复杂的光束传送系统,适用于柔性制造系统或远程加工,通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器,又称CO2激光器,分子气体作工作介质,产生均匀为10.6μm的红外激光,可以连续工作并输出很高的功率,标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比,激光焊接的主要优点是: 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过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,效果良好。 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,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位,施行非接触远间隔焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为更精密的焊接提供了条件。

激光焊接原理与主要工艺参数

1.激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105~107 W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为:激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下,材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎吸收全部的入射光束能量,孔腔内平衡温度达2500 0C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料(而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量首先沉积于工件表面,然后靠传递输送到内部)。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外的材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快,使焊接速度很容易达到每分钟数米。 2. 激光深熔焊接的主要工艺参数 1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值,低于此值,熔深很浅,一旦达到或超过此值,熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值(与材料有关),等离子体才会产生,这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值,工件仅发生表面熔化,也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时,深熔焊和传导焊交替进行,成为不稳定焊接过程,导致熔深波动很大。激光深熔焊时,激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关,且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说,对一定直径的激光束,熔深随着光束功率提高而增加。 2)光束焦斑。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一,因为它决定功率密度。但对高功率激光来说,对它的测量是一个难题,尽管已经有很多间接测量技术。 光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算,但由于聚焦透镜像差的存在,实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法,即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践,掌握好激光功率大小和光束作用的时间。 3)材料吸收值。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能,如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等,其中最重要的是吸收率。

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