您好, 访客   登录/注册

浅析激光焊接技术应用及发展趋势

来源:用户上传      作者:

  摘要:激光作为一种高速度、高精度、高质量、低变形的焊接技术,已经广泛应用在了工业中。本文对激光焊接技术的焊接原理、特点、工艺参数、应用领域进行了详细阐述,并结合实际,对激光焊接技术的发展趋势进行了一定的讨论。
  关键词:激光焊接技术;原理;特点;应用;发展趋势
  Abstract: laser as a high speed, high precision, high quality and low deformation of welding technology, has been used widely in the industry. In this paper, the laser welding technology of welding principle, characteristics, process parameters, application field in detail, and connecting with the reality, laser welding technology to the development trend of certain discussion.
  Keywords: laser welding technology; Principle; Characteristics; Application; Development trend
  
  
  中图分类号:P755.1 文献标识码:A 文章编号
  前言:激光作为一种电磁波,具有许多自身特有的性质,在工业领域得到了广泛应用。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,又常称为镭射焊机、激光焊机,按其工作方式常可分为自动激光焊接机、激光模具烧焊机、光纤传输激光焊接机、激光点焊机。
  1 激光焊接的原理
  激光焊接是利用高能量的激光脉冲辐射至材料,对材料进行微小区域内局部加热,利用激光与金属的相互作用,激光辐射的能量以热传导方式,向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池,达到焊接的目的。
  按焊接熔池形成的机理划分,激光焊接有两种基本的焊接机理:热传导焊接和激光深熔焊。前者所用激光功率密度较低(105~106W/cm2),当激光照射到材料表面时,一部分激光会被材料吸收,一部分会被反射,材料吸收后将光能转化为热能市材料表面熔化,然后以热传导的方式向工件内部传递热量形成熔池,最后将两个焊件熔接在一起。热传导焊接熔深浅,深宽比较小。
  2 激光焊接的特点
  电弧焊、电阻焊、高能束焊(电子束焊、激光焊)、钎焊、电渣焊、高频焊、气焊、气压焊、爆炸焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊等焊接方式,是目前常用的焊接工艺。激光焊接相比于其他焊接方式,具有以下无法比拟的优点:(1)可将进入的热量降到最低的需要量,热影响区域的相变化范围小,因热传导所导致的热变形最低;(2)32mm厚板的单道焊接的工艺参数业经鉴定合格,降低了厚板焊接所需的时间,甚至可不使用填料金属;(3)不需使用电极,没有电极污染或受损的顾虑;(5)激光束易于聚焦、对准,受光学仪器导引,可放置在工件外适当的距离,进行远距离焊接,甚至可在工件周围的设备或障碍间导引。
  3 影响激光焊接的参数
  3.1 激光功率密度
  功率密度是激光焊接中最关键的工艺参数之一。随着聚焦透镜焦长的变化,功率会随着改变。对于较高的功率密度,表层经过书微秒即可加热至沸点,产生大量金属汽化气体。因此,高功率密度对于打孔、切割、雕刻等材料去除有利。采用较低功率密度,需要经过数毫秒,材料表层温度才能达到沸点,在表层汽化之前,底层已达到熔点,容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104~106W/cm2内。
  3.2 激光脉冲波形
  激光脉冲波形既是区别是材料去除还是材料熔化的重要参数,也是决定加工设备体积及造价的关键参数。当高强度激光束射至材料表面,材料表面将会有60~98%的激光能量被反射损失掉,且反射率随着表面温度的变化而变化。在一个激光脉冲作用周期内,被加工金属的反射率的变化也很大。
  3.3 激光脉冲宽度
  激光脉冲宽度是激光焊接中的一个重要问题,尤其对于那些薄片材料焊接时,显得更为重要。激光脉冲宽度由熔深与热影响分区决定,激光脉冲宽度越长,热影响分区就越大,熔深随着激光脉冲宽度的1/2次方增大。但激光脉冲宽度的增大会降低其峰值功率,较低的峰值功率又会导致多余的热输入。
  3.4 离焦量、焦斑
  离焦量为工件材料表面离聚焦光束最小斑点的距离,将会影响激光功率密度以及焊接质量。因为聚焦光束最小斑点的中心功率密度很高,容易使材料蒸发成孔,所以激光焊接通常需要选取一定的离焦量。聚焦光束最小斑点外的各平面上,功率密度的分布相对均匀。通常长焦距的能量密度低,光斑大,能量密度足够情况下,可用于对接头定位精度不高的焊接;短焦距的能量密度较高,光斑小,要求工件配合间隙要小。
  4 激光焊接的应用
  4.1 在制造业的应用
  激光拼焊是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材用激光把边部对焊,焊接成一块整体板,以满足零部件对材料性能的不同要求。从20世纪80年代中期开始,激光拼焊作为新技术在欧洲、美国、日本得到了广泛的关注。激光拼焊工艺主要是为汽车行业进行配套服务,尤其在车身零部件生产、制造和设计方面,激光拼焊的使用有着巨大的优势。激光拼焊技术在国外轿车制造中得到广泛的应用。
  4.2 粉末冶金领域
  随着科学技术的不断发展,以及工业技术对材料特殊的要求,冶铸材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料所具有的特殊性能和制造优点,在汽车、飞机、工具刃具制造业等领域中正在取代传统的冶铸材料,随着粉末冶金材料的飞速发展,它与其它零件的连接问题显得日益突出,使粉末冶金材料的应用受到限制。
  4.3 电子工业
  激光焊接在电子工业中,尤其是微电子工业中得到了广泛应用。鉴于激光焊接热影响区小,加热迅速集中,热应力低,在集成电路、半导体器件壳体的封装中,显示出了其独特的优越性。在真空器件研制过程中,激光焊接也得到了应用。
  5 激光焊接的发展趋势
  5.1 新型激光器的研发
  目前的激光焊接所使用的激光器主要为大功率CO₂激光器和YAG激光器。激光器的发展仍然集中于激光设备的开发研制上,如提高电源的稳定性和寿命,对于于CO₂激光器要解决放电稳定性的问题,对于YAG激光器要研制开发大容量、长寿命的光泵激励光源等。
  5.2 焊接工程的有效控制
  在激光加工的光束质量及外围装置研究方面,应着重放在研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求,以及激光光束和加工质量监控技术上。光学系统及加工头的设计和研制,开展焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术的研究,对掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺具有重要的影响,准确地选择控制参数,可改善激光焊接工程的稳定性,提高激光焊接的焊缝质量,并将离子效应、匙孔效应等各种焊接效应控制在理想的范围内。
  结束语:
  本文对激光焊接的原理、特点,激光焊接过程中工艺参数,主要应用领域进行了讨论,并在最后提出了激光焊接技术发展的趋势。激光焊接技术凭借其高能量密度、高精度、深穿透、强适应性等特点,被广泛应用在制造业、冶金业等领域,不仅提高了生产效率,也显著提高了焊接质量。在21世纪,激光焊接技术必将在材料连接领域发挥至关重要的作用。
  参考文献
  [1]鹫尾邦彦.Laser material processing applications in electonic and eletric industries[J].溶接学会论文集,2001,(19):176-191.
  [2]程隆双,冯薇.影响激光焊接加工的几个主要参数[J].机电技术,2008,1:58-61.
  [3]胡伦骥,刘建华,汤漾平等.宽板激光拼接技术及设备[J].应用激光,2002,22(2):188-192.
  
  


转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-1541500.htm