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激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱,激光輻射的能量通過熱傳導向材料的內(nèi)部擴散,將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式,主要針對薄壁材料、精密零件的焊接,可實現(xiàn)點焊、對接焊、疊焊、密封焊等,深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區(qū)小、變形小,焊接速度快,焊縫平整、美觀,焊后無需處理或只需簡單處理,焊縫質(zhì)量高,無氣孔,可精確控制,聚焦光點小,定位精度高,易實現(xiàn)自動化。
主要種類
激光焊接機又常稱為激光焊機、能量負反饋激光焊接機、雷射焊接機、鐳射焊機、激光冷焊機、激光氬焊機、激光焊接設備等。按其工作方式??煞譃榧す饽>邿笝C(手動激光焊接設備)、自動激光焊接機、首飾激光焊接機、激光點焊機、光纖傳輸激光焊接機、振鏡焊接機、手持式焊接機等,專用激光焊接設備有傳感器焊機、矽鋼片激光焊接設備、鍵盤激光焊接設備。
可焊接圖形有:點、直線、圓、方形或由AUTOCAD軟件繪制的任意平面圖形。
激光焊接機參數(shù)
功率密度
功率密度是激光加工中最關鍵的參數(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。
脈沖波形
脈沖波形在焊接中是一個重要問題,尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度束射至材料表面,金屬表面將會有的能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個脈沖作用期間內(nèi),金屬反射率的變化很大。
脈沖寬度
脈寬是脈沖焊接的重要參數(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),也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數(shù)。
主要特點
激光焊接機的自動化程度高焊接工藝流程簡單。非接觸式的操作方法能夠達到潔凈、環(huán)保的要求。采用激光焊接機加工工件能夠提高工作效率,成品工件外觀美觀、焊縫小、焊接深度大、焊接質(zhì)量高。激光焊接機廣泛應用于牙科義齒的加工,鍵盤焊接,矽鋼片焊接,傳感器焊接,電池密封蓋的焊接等等方面。但激光焊接機的成本較高,對工件裝配的精度要求也較高,在這些方面仍有局限性。
發(fā)展歷史
在20世界70年代以前,由于高功率連續(xù)波形(CW)激光器尚未開發(fā)出來,所以研究重點集中在脈沖激光焊接(PW)上。早期的激光焊接研究實驗大多數(shù)是利用紅寶石脈沖激光器,1ms脈沖典型的峰值輸出功率Pm為5KW左右,脈沖能量為1~5J,脈沖頻率就小于等于1赫茲。當時雖然能夠活的較高的脈沖能量,但這些激光器的平均輸出功率P卻相當?shù)?,這主要是由激光器很低的工作效率和發(fā)光物質(zhì)的受激性狀決定。激光器由于具有較高的平均功率,在它出現(xiàn)之后很快就成為點焊和縫焊的優(yōu)選設備,其焊接過程是通過焊點搭接而進行的,直到1KW以上的連續(xù)功率波形激光器誕生以后具有真正意義的激光縫焊才得以實現(xiàn)。
焊接自動化技術的現(xiàn)狀與展望
隨著數(shù)字化技術日益成熟,代表處動地接技術的數(shù)字焊機、數(shù)字化控制技術業(yè)已穩(wěn)步進入市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎工程,有效地促進了先進焊接特別是焊接自動化技術的發(fā)展與進步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求日新月異。我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向“高效、自動化、智能化”。我國的焊接自動化率還不足30%,同發(fā)達工業(yè)國家的80%差距甚遠。從20世紀未國家逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎焊接方式——氣體保護焊,來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊,已初見成效??梢灶A計在未來,國內(nèi)自動化焊接技術將以前所未有的速度發(fā)展。
高效、自動化焊接技術的現(xiàn)狀
20世紀90年代,我國焊接界把實現(xiàn)焊接過程的機械化、自動化作為戰(zhàn)略目標,已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實施,在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動化,研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術,發(fā)展應用計算機輔助設計與制造;藥芯焊絲由2%增長到20%;埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內(nèi)會超過實芯焊絲,最終將成為焊接中心的主導產(chǎn)品。
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