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激光焊接-沈陽稀有金屬研究所

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                激光焊接

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                激光焊接

                發布日期:2019-04-10 作者: 點擊:

                激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。

                激光焊接可以采用連續或脈沖激光束加以實現,激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2為熱傳導焊,此時熔深淺、焊接速度慢;功率密度大于105~107W/cm2時,金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深寬比大的特點。

                其中熱傳導型激光焊接原理為:激光輻射加熱待加工表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等激光參數,使工件熔化,形成特定的熔池。

                用于齒輪焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接機主要涉及激光深熔焊接。

                激光深熔焊接一般采用連續激光光束完成材料的連接,其冶金物理過程與電子束焊接極為相似,即能量轉換機制是通過“小孔”(Key-hole)結構來完成的。在足夠高的功率密度激光照射下,材料產生蒸發并形成小孔。這個充滿蒸氣的小孔猶如一個黑體,幾乎吸收全部的入射光束能量,孔腔內平衡溫度達2500 0C左右,熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化。小孔內充滿在光束照射下壁體材料連續蒸發產生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態金屬四周包圍著固體材料(而在大多數常規焊接過程和激光傳導焊接中,能量首先沉積于工件表面,然后靠傳遞輸送到內部)??妆谕庖后w流動和壁層表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力相持并保持著動態平衡。光束不斷進入小孔,小孔外的材料在連續流動,隨著光束移動,小孔始終處于流動的穩定狀態。就是說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動,熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,焊縫于是形成。上述過程的所有這一切發生得如此快,使焊接速度很容易達到每分鐘數米。

                傳感器密封焊接采用的方法有:電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等。

                1. 電阻焊:它用來焊接薄金屬件,在兩個電極間夾緊被焊工件通過大的電流熔化電極接觸的表面,即通過工件電阻發熱來實施焊接。工件易變形,電阻焊通過接頭兩邊焊合,而激光焊只從單邊進行,電阻焊所用電極需經常維護以清除氧化物和從工件粘連著的金屬,激光焊接薄金屬搭接接頭時并不接觸工件,再者,光束還可進入常規焊難以焊及的區域,焊接速度快。

                2. 氬弧焊:使用非消耗電極與保護氣體,常用來焊接薄工件,但焊接速度較慢,且熱輸入比激光焊大很多,易產生變形。

                3. 等離子弧焊:與氬弧類似,但其焊炬會產生壓縮電弧,以提高弧溫和能量密度,它比氬弧焊速度快、熔深大,但遜于激光焊。

                4.電子束焊:它靠一束加速高能密度電子流撞擊工件,在工件表面很小密積內產生巨大的熱,形成"小孔"效應,從而實施深熔焊接。電子束焊的主要缺點是需要高真空環境以防止電子散射,設備復雜,焊件尺寸和形狀受到真空室的限制,對焊件裝配質量要求嚴格,非真空電子束焊也可實施,但由于電子散射而聚焦不好影響效果。電子束焊還有磁偏移和X射線問題,由于電子帶電,會受磁場偏轉影響,故要求電子束焊工件焊前去磁處理。X射線在高壓下特別強,需對操作人員實施保護。激光焊則不需 真空室和對工件焊前進行去磁處理,它可在大氣中進行,也沒有防X射線問題,所以可在生產線內聯機操作,也可焊接磁性材料。

                優點:

                1)可將入熱量降到Z低的需要量,熱影響區金相變化范圍小,且因熱傳導所導致的變形亦Z低;

                2)32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數業經檢定合格,可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用;

                3)不需使用電極,沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程,機具的耗損及變形皆可降至Z低;

                4)激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引,可放置在離工件適當之距離,且可在工件周圍的機具或障礙間再導引,其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發揮;

                5)工件可放置在封閉的空間(經抽真空或內部氣體環境在控制下);

                6激光束可聚焦在很小的區域,可焊接小型且間隔相近的部件;

                7)可焊材質種類范圍大,亦可相互接合各種異質材料;

                8)易于以自動化進行高速焊接,亦可以數位或電腦控制;

                9)焊接薄材或細徑線材時,不會像電弧焊接般易有回熔的困擾;

                10)不受磁場所影響(電弧焊接及電子束焊接則容易),能精確的對準焊件;

                11)可焊接不同物性(如不同電阻)的兩種金屬;

                12)不需真空,亦不需做X射線防護;

                13)若以穿孔式焊接,焊道深一寬比可達10:1;

                14)可以切換裝置將激光束傳送至多個工作站。

                缺點:

                1)焊件位置需非常精確,務必在激光束的聚焦范圍內;

                2)焊件需使用夾治具時,必須確保焊件的Z終位置需與激光束將沖擊的焊點對準;

                3)Z大可焊厚度受到限制滲透厚度遠超過19mm的工件,生產線上不適合使用激光焊接;

                4)高反射性及高導熱性材料如鋁、銅及其合金等,焊接性會受激光所改變;

                5)當進行中能量至高能量的激光束焊接時,需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅除,以確保焊道的再出現;

                6)能量轉換效率太低,通常低于10%;

                7)焊道快速凝固,可能有氣孔及脆化的顧慮;

                8)設備昂貴。

                為了消除或減少激光焊接的缺陷,更好地應用這一優秀的焊接方法,提出了一些用其它熱源與激光進行復合焊接的工藝,主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應熱源復合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施,如激光填絲焊(可細分為冷絲焊和熱絲焊)、外加磁場輔助增強激光焊、保護氣控制熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。

                本文網址:http://www.allegri-net.com/news/455.html

                關鍵詞:激光,焊接,激光焊接

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