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激光焊的使用

激光焊接及其使用

激光焊接及其使用

一、激光焊接的次要特征。

    激光焊接是激光质料加工技能使用的紧张方面之一。20世纪70年月次要用于焊接薄壁质料和低速焊接,焊接历程属热传导型,即激光辐射加热工件外表,外表热量经过热传导向外部分散,经过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和反复频率等参数,使工件熔化,构成特定的熔池。 由于其共同的好处,已乐成使用于微、小型零件的精细焊接中。

    高功率CO2及高功率YAG激光器的呈现,开发了激光焊接的新范畴。取得了以小孔效应为实际底子的深熔焊接,在机器、汽车、钢铁等产业范畴取得了日益普遍的使用。     



与别的焊接技能相比,激光焊接的次要好处是:

1、速率快、深度大、变形小。
2、能在室温或特别条件下举行焊接,焊接设置装备摆设安装复杂。比方,激光经过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、氛围及某种气体情况中均能施焊,并能经过玻璃或对光束通明的质料举行焊接。
3、可焊接难熔质料如钛、石英等,并能对异性质料施焊,结果精良。
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51,最高可达101
5、可举行微型焊接。激光束经聚焦后可取得很小的光斑,且能准确定位,可使用于大批量主动化消费的微、小型工件的组焊中。
6、可焊接难以靠近的部位,实施非打仗远间隔焊接,具有很大的机动性。尤其是近几年来, 在YAG激光加工技能中接纳了光纤传输技能,使激光焊接技能取得了更为普遍的推行和使用。
7激光束易完成光束定时间与空间分光,能举行多光束同时加工及多工位加工,为更精细的焊接提供了条件。
但,激光焊接也存在着肯定的范围性:
1、要求焊件拆卸精度高,且要求光束在工件上的地位不克不及有明显偏移。这是由于激光聚焦后光斑尺雨寸小,焊缝窄,为加添补金属质料。若工件拆卸精度或光束定位精度达不到要求,很容易形成焊接缺憾。
2激光器及其相干体系的本钱较高,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外表,经过激光与金属的互相作用,使金属熔化构成焊接。在激光与金属的互相作用历程中,金属熔化仅为此中一种物理征象。偶然光能并非次要转化为金属熔化,而以别的情势体现出来,如汽化、等离子体构成等。但是,要完成精良的熔融焊接,必需使金属熔化成为能量转换的次要情势。为此,必需理解激光与金属互相作用中所发生的种种物理征象以及这些物理征象与激光参数的干系,从而经过控制激光参数,使激光能量绝大局部转化为金属熔化的能量,到达焊接的目标。

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要害的参数之一。接纳较高的功率密度,在微秒工夫范畴内,表层即可加热至沸点,发生少量汽化。因而,高功率密度关于质料去除加工,如打孔、切割、镌刻有利。关于较低功率密度,表层温度到达沸点必要履历数毫秒,在表层汽化前,底层到达熔点,易构成精良的熔融焊接。因而,在传导型激光焊接中,功率密度在范畴在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紧张题目,尤其关于薄片焊接更为紧张。当高强度激光束射至质料外表,金属外表将会有60~98%激光能量反射而丧失失,且反射率随外表温度变革。在一个激光脉冲作用时期内,金属反射率的变革很大。

    3激光脉冲宽度。

    脉宽是脉冲激光焊接的紧张参数之一,它既是区别于质料去除和质料熔化的紧张参数,也是决议加工设置装备摆设造价及体积的要害参数。

    4、离焦量对焊接质量的影响。

    激光焊接通常必要肯定的离做文章一,由于激光核心处光斑中心的功率密渡过高,容易蒸发成孔。分开激光核心的各立体上,功率密度散布绝对匀称。

  离焦方法有两种:正离焦与负离焦。焦立体位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按多少光学实际,当正负离做文章一相称时,所对应立体上功率密度类似相反,但实践上所取得的熔池外形差别。负离焦时,可取得更大的熔深,这与熔池的构成历程有关。实行标明,激光加热50~200us质料开端熔化,构成液相金属并呈现问分汽化,构成市压蒸汽,并以极高的速率放射,收回耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属活动至熔池边沿,在熔池中心构成凹陷。当负离焦时,质料外部功率密度比外表还高,易构成更强的熔化、汽化,使光能向质料更深处通报。以是在实践使用中,当要求熔深较大时,接纳负离焦;焊接薄质料时,宜用正离焦。



四、激光焊接工艺办法。

    1、片与片间的焊接。

    包罗对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺办法。
    2、丝与丝的焊接。

    包罗丝与丝对焊、交织焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺办法。

    3、金属丝与块状元件的焊接。

    接纳激光焊接可以乐成的完成金属丝与块状元件的毗连,块状元件的尺寸可以恣意。在焊接中应留意丝状元件的多少尺寸。

    4、差别金属的焊接。

    焊接差别范例的金属要办理可焊性与可焊参数范畴。差别质料之间的激光焊接只要某些特定的质料组合才有大概。



五、激光钎焊。

    有些元件的毗连不宜接纳激光熔焊,但可使用激光作为热源,实施软钎焊与硬钎焊,异样具有激光熔焊的好处。接纳钎焊的方法有多种,此中,激光软钎焊次要用于印刷电路板的焊接,尤实在用于片状元件组装技能。接纳激光软钎焊与别的方法相比有以下好处:

1、由于是部分加热,元件不易发生热毁伤,热影响区小,因而可在热敏元件左近实施软钎焊。
2、用非打仗加热,熔化带宽,不必要任何帮助东西,可在双面印刷电路板上双面元件配备后加工。
3、反复操纵波动性好。焊剂对焊接东西净化小,且激光照射工夫和输入功率易于控制,激光钎焊制品率高。
4激光束易于完成分光,可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件举行工夫与空间支解,能完成多点同时对称焊。
5激光钎焊多用波长1.06um激光作为热源,可用光纤传输,因而可在惯例方法不易焊接的部位举行加工,机动性好。
6、聚焦性好,易于完成多工位安装的主动化。



六、激光深熔焊。

    1、冶金历程及工艺实际。

    激光深熔焊冶金物理历程与电子束焊极为类似,即能量转换机制是经过小孔布局来完成的。在充足高的功率密度光束照射下,质料发生蒸发构成小孔。这个充溢蒸汽的小孔犹如一个黑体,简直所有吸取入射光芒的能量,孔腔内均衡温度达25000度左右。热量从这个低温孔腔外壁通报出来,使困绕着这个孔腔的金属熔化。小孔内充溢在光束照射下壁体质料一连蒸发发生的低温蒸汽,小孔四壁困绕着熔融金属,液态金属周围即围着固体质料。孔壁外液体活动和壁层外表张力与孔腔内一连发生的蒸汽压力对峙并坚持着静态均衡。光束不停进入小孔,小孔外质料在一连活动,随着光束挪动,小孔一直处于活动的波动态。便是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束行进速率向前挪动,熔融金属添补着小孔移开后留下的清闲并随之冷凝,焊缝于是构成。



    2、影响要素。

    激光深熔焊发生影响的要素包罗:激光功率,激光束直径,质料吸取率,焊接速率,掩护气体,透镜焦长,核心地位,激光束地位,焊接肇始和停止点的激光功率渐升、渐降控制。



    3激光深熔焊的特性及好处。

    特性:(1)高的深宽比。由于熔融金属围着圆柱形低温蒸汽腔体构成并延伸向工件,焊缝就变得深而窄。(2)最小热输出。由于源腔温度很高,熔化历程产生得极快,输出工件热量极低,热变形和热影响区很小。(3)高致密性。由于充溢低温蒸汽的小孔有利于熔接熔池搅拌和睦体逸出,招致天生无气孔熔透焊接。焊后高的冷却速率又易使焊缝构造微细化。(4)强固焊缝。(5)准确控制。(6)非打仗,大气焊接历程。

    好处:(1)由于聚焦激光束比惯例办法具有高得多的功率密度,招致焊接速率快,热影响区和变形都较小,还可以焊接钛、石英等难焊质料。(2)由于光束容易传输和控制,又不必要常常改换焊炬、喷嘴,明显增加停机帮助工夫,以是有荷系数和消费服从都高。(3)由于纯化作用和高的冷却速率,焊缝强,综合功能高。(4)由于均衡热输出低,加工精度高,可增加再加工用度。别的,激光焊接的动转用度也比力低,可以低落消费本钱。(5)容易完成主动化,对光束强度与精密定位能举行无效的控制。



    4激光深熔焊设置装备摆设。

    激光深熔焊通常选用一连波CO2激光器,这类激光器能维持充足高的输入功率,发生小孔效应,熔透整个工件截面,构成强韧的焊接讨论。

    激光器自己而言,它只是一个能发生可作为热源、偏向性好的平行光束的安装。假如把它导向和无效处置后射向工件,其输出功率就具有强的相容性,使之能更好的顺应主动化历程。

    为了无效实行焊接,激光器和其他一些须要的光学、机器以及控制部件一同配合构成一个大的焊接体系。这个体系包罗激光器、光束传输组件、工件的装卸和挪动安装,另有控制安装。这个体系可以是仅由操纵者复杂地手工搬运和牢固工件,也可以是包罗工件能主动的装、卸、牢固、焊接、查验。这个体系的设计和实行的总要求是可取得得意的焊接质量和高的消费服从。



七、钢铁质料的激光焊接。

    1、碳钢及平凡合金钢的激光焊接。

    总的说,碳钢激光焊接结果精良,其焊接质量取决于杂质含量。就象别的焊接工艺一样,硫和磷是发生焊接裂纹的敏感要素。

    为了取得得意的焊接质量,碳含量凌驾0.25%时必要预热。当差别含碳量的钢互相焊接时,焊炬可稍倾向低碳质料一边,以确保讨论质量。

    低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高,并不合适激光焊接。低碳平静钢由于低的杂质含量,焊接结果就很好。

    中、高碳钢和平凡合金钢都可以举行精良的激光焊接,但必要预热和焊后处置,以消弭应力,制止裂纹构成。



    2、不锈钢的激光焊接。

    一样平常的状况下,不锈钢激光焊接比惯例焊接更易于取得优质讨论。由于高的焊接速率热影响区很小,敏化不可为紧张题目。与碳钢相比,不锈钢低的热导系数更易于取得深熔窄焊缝。


    3、差别金属之间的激光焊接。

  激光焊接极高的冷却速率和很小的热影响区,为很多差别金属焊接消融后有差别布局的质料相容发明了有利条件。现已证明以下金属可以顺遂举行激光深熔焊接: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,差别镍含量的双金属带。

 

 

 

 

 

激光焊接及其质量控制

现在激光焊接在汽车行业的少量使用,阐明了激光焊接技能已趋于成熟。但激光焊接技能和传统的焊接技能相比显得较庞大,质量控制关键和传统的焊接质量控制也有所差别,因而增强质量控制,关于激光焊接的开展有偏重要的意义。

            激光最根本的特点便是:单色性、偏向性、相干性。这些共同性子加上由此而来的高亮度、超短脉冲等性子使它十分合适焊接加工。激光焊接技能在制造范畴的使用由脉冲到一连,由小功率到大功率,由薄板到厚件,由复杂单焊缝到庞大外形,曾经渐渐成为一种成熟的古代加工工艺技能。

            激光焊接技能在汽车产业中的使用
            激光焊接分为脉冲激光焊接和一连激光焊接,在一连焊接中又可分为热传导焊接和深穿透焊接。随着激光输入功率的进步,分外是高功率激光器的呈现,激光深穿透技能在国际外都失掉了敏捷开展,最大的焊接深宽比曾经到达了12:1激光焊接质料也由一样平常低碳钢开展到了明天的焊接镀锌板、铝板、钛板、铜板和陶瓷质料,激光焊接速率也到达了每分钟几十米,激光焊接技能日益成熟,并少量使用到消费线上,在汽车消费线上如车顶焊接,汽车底板及布局件(包罗车门车身)的高速拼焊,并已获得了宏大的经济和社会效益。

            汽车激光焊接的优缺陷
            好处
            “激光能在一个很小的作用点上会合起十分大的能量。与传统的焊和熔焊工艺相比,这会带来许多好处:
            加工精度成倍进步。激光焊缝低温区因热量的缘故原由会产生反响。由于激光焊缝宽度绝对较窄,这些较小的低温区也使得随之带来的热变形十分小。
            可以完成激光核心的功率和巨细按加工要求静态地举行调治,同时对加工历程举行及时监控,完成林林总总[lín lín zǒng zǒng]的使用大概。
            在利用固体激光器时,可以机动地阔别操纵地保送激光,如许一来把能量源和加工设置装备摆设从空间上分开可以绝不难得完成。
            激光束不会带来任何磨损,并且能永劫间波动地事情。
            占有关材料统计,在泰西兴旺产业国度中,有50%~70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。此中次要以激光焊接和激光切割为主,激光焊接在汽车产业中已成为尺度工艺。激光用于车身面板的焊接可将差别厚度和具有差别外表涂镀层的金属板焊在一同,然后再举行冲压,如许制成的面板布局能到达最公道的金属组合。由于很少变形,也省去了二次加工。激光焊接减速了用车身冲压零件取代铸造零件的历程。接纳激光焊接,可以增加搭接宽度和一些增强部件,还可以紧缩车身布局件自己的体积。仅此一项车身的分量可增加50kg左右。并且激光焊接技能能包管焊点毗连到达份子层面的接合,无效进步了车身的刚度和碰撞宁静性,同时无效低落了车内噪声。

            缺陷
            要求焊件拆卸精度高,且要求光束在工件上的地位不克不及有明显偏移。这是由于激光聚焦后光斑尺寸小,焊缝窄。如工件拆卸精度或光束定位精度达不到要求,很容易形成焊接缺陷。

            激光器及其相干体系的本钱较高,一次性投资较大。
            激光加工的历程技能
            要想使激光焊接真正发扬作用,其各个功效组之间牢靠的和谐事情以及对设置装备摆设的宁静操纵和准确调养都是必不行少的。下列四种技能是古代加工技能的支柱,其互相之间牢靠的功效联系以及对其片面的掌握是宁静牢靠地引入激光加工技能所必需的,如图1所示。

            1 激光加工的历程技能
            汽车激光焊接的质量控制
            汽车激光焊接的质量缺陷范例
            由于汽车激光焊接历程的庞大性以及浩繁的影响要素,当呈现加工质量降落时,无法用一个归纳综合的缘故原由来举行表明。一样平常激光焊缝轨迹的开端和开头段被以为是最为要害的部份。以下是汽车白车身激光焊接的一些典范缺陷:

              ·毛孔:正常的毛孔(比巨大毛孔大)的直径最大不凌驾1.0mm
              ·巨大毛孔/空泛:当毛孔的直径小于0.2mm时便是巨大毛孔;当毛孔的直径大于1.0mm,就被称为空泛。
              ·熔焊型焊缝:在焊缝中没有焊料,焊缝的样子就像是激光熔焊焊缝。
              ·优良的焊料毗连:焊条未在加工件的正面毗连起来。在焊缝毗连的地位处,焊缝看起来散成一缕缕的
              ·焊料的单面毗连:焊料只与一个正面毗连了起来。
              ·香肠征象:加工件没有毗连起来,在焊缝处焊料笔挺地舒展聚集。
              ·焊缝不规矩:焊缝塌陷或凹陷。
              ·鳞状聚集:焊缝外表不但滑,显得很粗。
            焊缝扫尾/焊缝开头题目:在加工件的边沿会呈现焊缝添补不敷或过剩的征象,大概是在轨迹上发明有未熔化的焊条剩余。
            汽车激光焊接的质量影响要素
            白车身消费中质量缺陷发生的大概缘故原由大概说是偏差源:
            1激光设置装备摆设的缘故原由:
            脏了的掩护玻璃镜片或激光器中老化的弧光灯都市低落激光的功率。
            激光的核心地位不准确。当激光核心的直径太小时,太多的激光能量被会合在焊条上,因而使焊料变得过热,而同时加工件的侧边却没有失掉充足的加热,如许焊料就不容易流到加工件的漏洞中去。而激光核心的直径太大时,激光能量不会合,焊不牢。

            2)焊条的缘故原由:
              ·焊条预热温度错误。
              ·焊条质料合金身分改动(如许就有大概不切合加工要求)。
              ·焊条引导的速率不恒定或是与激光设置装备摆设加领班速率不符合。
            3)别的帮助设置装备摆设的缘故原由:
              ·由于熔液的凝结而惹起的气体分子的走漏。
              ·由于步伐给定错误的进给速率或是呆板人速率呈现动摇。
            4)间隙尺寸:
              ·被焊接零部件之间的间隙尺寸凌驾激光设置装备摆设要求。
              ·汽车激光焊接的质量控制
            1)设置装备摆设调养:
            在汽车激光焊接的质量缺陷及影响的要素中,提到了大少数质量缺陷都是由于设置装备摆设妨碍形成的,因而一样平常的设置装备摆设调养和维修显得尤为紧张。以下总结了激光设置装备摆设调养的几个要求:

              ·天天检测掩护玻璃镜片,对破坏的镜片实时改换。
              ·天天需清算夹具的焊接飞溅残留物并紧固夹具的牢固螺栓。
              ·每周反省激光器中的弧光灯,实时改换老化的弧光灯。
              ·对一些帮助设置装备摆设比方呆板人、送丝机构等等都需举行一些一样平常调养。
            2)焊接工件的尺寸精度要求:
            激光焊对焊件拆卸精度要求也十分高,如工件拆卸精度或光束定位精度达不到要求,很容易形成焊接缺陷,以是精良而准确的夹紧技能是激光焊接的包管。平凡焊接对被焊接零件间的共同间隙要求在2mm左右,而激光焊接抱负的状况是共同间隙越小越好,通常在白车身消费中以被焊接零件间的共同间隙0.2mm来控制。

            3)车身功效尺寸的质量控制:
            依据现场白车身激光焊接质量控制履历,建立一个尺寸小组对影响激光焊接质量的要害尺寸举行监控是很有须要的。尺寸小组由丈量部分、消费部分、质保部分、样板部分构成。小构成员活期召开尺寸集会讨论并办理呈现的尺寸偏向。丈量部分需天天对要害尺寸举行丈量并提供响应的陈诉,消费部分需实时的反应信息,质保部分对发生的质量题目举行判断,并协异样板部分订定办理方案。

            激光焊缝质量的查验及返工尺度
            判断激光焊缝的质量优劣一样平常分为非毁坏性查验和毁坏性查验。
            1)非毁坏性查验:激光焊缝非毁坏性查验次要是目视查验。查验者接纳一些相宜的东西如缩小镜、相机、或别的丈量查验东西对焊缝的存在、数目、长度、表面及地位依照图纸要求举行反省。在下面提到的激光焊接质量缺陷中,气孔、焊接飞溅、焊穿、中缀的焊缝、边沿熔接等题目都是可以经过目视查验出来。在汽车白车身消费历程中要求对每一条焊缝都举行目视查验来评判它的质量。

            2)毁坏性查验:激光焊缝的毁坏性查验分金相实验和凿击查验两种。
            金相实验是经过显微镜对激光焊缝的横断面磨片举行判断的一种查验办法。罕见的缺陷一样平常为无毗连、边沿缺口、根部突起等。查验的频次取决于工艺的牢靠性,实践消费中由消费部分和各主管的质保部分协商确认,每月至多一次。对由于设置装备摆设妨碍或质量缺陷对激光参数举行调解后,必需对焊缝做金相实验评定。

            凿击查验是借助凿子,使激光焊缝受力凿打直至呈现断裂,然后丈量断裂面(焊缝的长度和宽度)的一种查验办法。凿击查验能反应出激光焊接设置装备摆设的功效牢靠性,以是凿击查验一样平常在离消费线很近的地方举行,当焊缝被发明有分歧格时,就可以关照响应工艺和维修职员。在汽车白车身消费中对一切激光焊缝以2/月的频次查验。

            3)返工办法:对经过上述种种查验办法发明缺陷的激光焊缝,需举行返工。一样平常汽车白车身激光焊接返工办法如下:
            ·电阻点焊,但电阻点焊要求有较高的打仗地位或法兰边宽度,并且在这种状况下不容许焊点在激光焊缝上、点焊的焊点与激光焊缝毗连在一同。当零件法兰边很短的状况下(8mm)或不克不及钻孔时,可在搭接处用MIG焊。

            ·当搭接讨论成角焊缝时可利用MIGMAG焊接。
            ·重新举行激光焊接,但新焊缝不容许焊在有缺陷的焊缝上,而只能焊在焊缝之间的空缺处,返工焊缝长度应与焊缝缺陷地位的长度相反。
            完毕语
            21世纪汽车产业正在步入能依照用户要求举行柔性模块式消费的方法,传统加工工艺已不克不及满意复活产方法的必要。随着激光焊接技能及其他激光加工技能在汽车范畴中的不停使用,它必将成为汽车产业中紧张的加工办法之一。