激光焊接在這個社會運用很廣,極大程度的幫企業(yè)或者個體提升了效益,篇文以下全是干貨,請耐心看完哦
激光焊接與其它焊接技術(shù)相比,激光焊接的主要優(yōu)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(shè)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(huán)境中均能施焊,并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M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,最高可達10:1。
5、可進行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑,且能精確定位,可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。(最小光斑可以到0.1mm)
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(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù),及光纖連續(xù)激光器的普及使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用,更便于自動化集成。
7、激光束易實現(xiàn)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(guān)系統(tǒng)的成本較高,一次性投資較大。
激光焊接原理:
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(xiàn)象。有時光能并非主要轉(zhuǎn)化為金屬熔化,而以其它形式表現(xiàn)出來,如汽化、等離子體形成等。
然而,要實現(xiàn)良好的熔融焊接,必須使金屬熔化成為能量轉(zhuǎn)換的主要形式。
為此,必須了解激光與金屬相互作用中所產(chǎn)
生的各種物理現(xiàn)象以及這些物理現(xiàn)象與激光參數(shù)的關(guān)系,從而通過控制激光參數(shù),使激光能量絕大部分轉(zhuǎn)化為金屬熔化的能量,達到焊接的目的。
激光焊接的工藝參數(shù)
1、功率密度
功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度,在微秒時間范圍內(nèi),表層即可加熱至沸點,產(chǎn)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(jīng)歷數(shù)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(nèi),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(shù)之一,它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù),也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4、離焦量對焊接質(zhì)量的影響
激光焊接通常需要一定的離做文章,因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上,功率密度分布相對均勻。
離焦方式有兩種:正離焦與負離焦。
焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負離焦。
按幾何光學理論,當正離焦時,所對應(yīng)平面上功率密度近似相同,但實際上所獲得的熔池形狀不同
負離焦時,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關(guān)。
實驗表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化,形成市壓蒸汽,并以極高的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。
與此同時,高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。
當負離焦時,材料內(nèi)部功率密度比表面還高,易形成更強的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。
所以在實際應(yīng)用中,當要求熔深較大時,采用負離焦;焊接薄材料時,宜用正離焦。
激光釬焊
有些元件的連接不宜采用激光熔焊,但可利用激光作為熱源,施行軟釬焊與硬釬焊,同樣具有激光熔焊的優(yōu)點。
采用釬焊的方式有多種,其中,激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接,尤其實用于片狀元件組裝技術(shù)。
采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點:
1、由于是局部加熱,元件不易產(chǎn)生熱損傷,熱影響區(qū)小,因此可在熱敏元件附近施行軟釬焊。
2、用非接觸加熱,熔化帶寬,不需要任何輔助工具,可在雙面印刷電路板上雙面元件裝備后加工。
3、重復操作穩(wěn)定性好。焊劑對焊接工具污染小,且激光照射時間和輸出功率易于控制,激光釬焊成品率高。
4、激光束易于實現(xiàn)分光,可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學元件進行時間與空間分割,能實現(xiàn)多點同時對稱焊。
5、激光釬焊多用波長1.06um的激光作為熱源,可用光纖傳輸,因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進行加工,靈活性好。
6、聚焦性好,易于實現(xiàn)多工位裝置的自動化。
激光深熔焊
1、冶金過程及工藝理論
激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似,即能量轉(zhuǎn)換機制是通過“小孔”結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下,材料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。
這個充滿蒸汽的小孔猶如一個黑體,幾乎全部吸收入射光線的能量,孔腔內(nèi)平衡溫度達25000度左右。
熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個孔腔的金屬熔化。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態(tài)金屬四周即圍著固體材料。
孔壁外液體流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。
光束不斷進入小孔,小孔外材料在連續(xù)流動,隨著光束移動,小孔始終處于流動的穩(wěn)定態(tài)。
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,熔融金屬填充著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,焊縫于是形成。
2、影響因素
對激光深熔焊產(chǎn)生影響的因素包括:激光功率,激光束直徑,材料吸收率,焊接速度,保護氣體,透鏡焦長,焦點位置,激光束位置,焊接起始和終止點的激光功率漸升、漸降控制。
3、激光深熔焊的特征及優(yōu)點
特征:
(1)高的深寬比。因為熔融金屬圍著圓柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工件,焊縫就變得深而窄。
(2)最小熱輸入。因為源腔溫度很高,熔化過程發(fā)生得極快,輸入工件熱量極低,熱變形和熱影響區(qū)很小。
(3)高致密性。因為充滿高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池攪拌和氣體逸出,導致生成無氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細化。
(4)強固焊縫。
(5)精確控制。
(6)非接觸,大氣焊接過程。
優(yōu)點:
(1)由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度,導致焊接速度快,熱影響區(qū)和變形都較小,還可以焊接鈦、石英等難焊材料。
(2)因為光束容易傳輸和控制,又不需要經(jīng)常更換焊炬、噴嘴,顯著減少停機輔助時間,所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。
(3)由于純化作用和高的冷卻速度,焊縫強,綜合性能高。
(4)由于平衡熱輸入低,加工精度高,可減少再加工費用。另外,激光焊接的動轉(zhuǎn)費用也比較低,可以降低生產(chǎn)成本。
(5)容易實現(xiàn)自動化,對光束強度與精細定位能進行有效的控制。
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