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    激光焊接的特性及工藝理論
    發布者:admin  發布時間:2012/5/15 10:53:05  點擊:1183

    一、激光焊接的主要特性

      激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬熱傳導型,即激光輻射加熱工件表面,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、峰值功率和重復頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其獨特的優點,已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。

      高功率CO2及高功率YAG激光器的出現,開辟了激光焊接的新領域。獲得了以小孔效應為理論基礎的深熔焊接,在機械、汽車、鋼鐵等工業領域獲得了日益廣泛的應用。

      與其它焊接技術相比,激光焊接的主要優點是:
      1、速度快、深度大、變形小。
      2、能在室溫或特殊條件下進行焊接,焊接設備裝置簡單。例如,激光通過電磁場,光束不會偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。
      3、可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對異性材料施焊,效果良好。
      4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接時,深寬比可達5:1,可達10:1。
      5、可進行微型焊接。激光束經聚焦后可獲得很小的光斑,且能定位,可應用于大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。
      6、可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性。尤其是近幾年來,在YAG激光加工技術中采用了光纖傳輸技術,使激光焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。
      7、激光束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工,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顯著偏移。這是因為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不到要求,很容易造成焊接缺憾。
      2、激光器及其相關系統的成本較高,一次性投資較大。

    二、激光焊接熱傳導
       激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面,通過激光與金屬的相互作用,使金屬熔化形成焊接。在激光與金屬的相互作用過程中,金屬熔化僅為其中一種物理現象。有時光能并非主要轉化為金屬熔化,而以其它形式表現出來,如汽化、等離子體形成等。然而,要實現良好的熔融焊接,必須使金屬熔化成為能量轉換的主要形式。為此,必須了解激光與金屬相互作用中所產生的各種物理現象以及這些物理現象與激光參數的關系,從而通過控制激光參數,使激光能量絕大部分轉化為金屬熔化的能量,達到焊接的目的。

    三、激光焊接的工藝參數
    1、功率密度
      功率密度是激光加工中關鍵的參數之一。采用較高的功率密度,在微秒時間范圍內,表層即可加熱至沸點,產生大量汽化。因此,高功率密度對于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度,表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒,在表層汽化前,底層達到熔點,易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導型激光焊接中,功率密度在范圍在104~106W/cm2。

    2、激光脈沖波形
      激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題,尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度激光束射至材料表面,金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內,金屬反射率的變化很大。

    3、激光脈沖寬度
      脈寬是脈沖激光焊接的重要參數之一,它既是區別于材料去除和材料熔化的重要參數,也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。



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