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浅谈固体、气体激光焊接机及其应用领域

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导读: 激光焊接设备的要害是大功率激光器,首要有两大类,一类是固体激光器,又称Nd:YAG激光器,另一类是气体激光器,又称CO2激光器。

激光焊接设备的要害是大功率激光器,首要有两大类,一类是固体激光器,又称Nd:YAG激光器。Nd(钕)是一种稀土族元素,YAG代表钇铝柘榴石,晶体结构与红宝石类似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm,首要长处是发生的光束能够经过光纤传送,因而能够省往杂乱的光束传送系统,适用于柔性制作系统或长途加工,通常用于焊接精度需求比较高的工件。轿车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器,又称CO2激光器,分子气体作作业介质,发生均匀为10.6μm的红外激光,能够接连作业并输出很高的功率,规范激光功率在2-5千瓦之间。

  与其它传统焊接技能比较,激光焊接的首要长处是:

  1、速度快、深度大、变形小。

  2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备设备简略。例如,激光经过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能经过玻璃或对光束透明的资料进行焊接。

  3、可焊接难熔资料如钛、石英等,并能对异性资料施焊,效果杰出。

  4、激光聚集后,功率密度高,在高功率器材焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。

  5、可进行微型焊接。激光束经聚集后可取得很小的光斑,且能精确定位,可使用于大批量自动化出产的微、小型工件的组焊中。

  6、可焊接难以接近的部位,实施非触摸远间隔焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技能中选用了光纤传输技能,使激光焊接技能取得了更为广泛的推行和使用。

  7、激光束易实现光束按时刻与空间分光,能进行多光束一起加工及多工位加工,为更精细的焊接供给了条件。

  可是,激光焊接也存在着必定的局限性:

  1、需求焊件安装精度高,且需求光束在工件上的方位不能有显着偏移。这是由于激光聚集后光斑尺雨寸小,焊缝窄,为加填充金属资料。若工件安装精度或光束定位精度达不到需求,很容易构成焊接缺点。

  2、激光器及其有关系统的成本较高,一次性投资较大。

  激光焊接的技能参数

  (1)功率密度

  功率密度是激光加工中最要害的参数之一。选用较高的功率密度,在微秒时刻规模内,表层即可加热至沸点,发生很多汽化。因而,高功率密度关于资料去掉加工,如打孔、切开、雕琢有利。关于较低功率密度,表层温度到达沸点需求经历数毫秒,在表层汽化前,底层到达熔点,易构成杰出的熔融焊接。因而,在传导型激光焊接中,功率密度在规模在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重要问题,尤其关于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至资料外表,金属外表将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随外表温度改变。在一个激光脉冲效果期间内,金属反射率的改变很大。

  (3)激光脉冲宽度

  脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是差异于资料去掉和资料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的要害参数。

  (4)离焦量对焊接质量的影响

  由于激光焦点处光斑基地的功率密度过高,容易蒸腾成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度散布相对均匀。离焦方法有两种:正离焦与负离焦。焦平面坐落工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几许光学理论,当正负离焦平面与焊接平面间隔持平时,所对应平面上功率密度近似一样,但实际上所取得的熔池形状不一样。负离焦时,可取得更大的熔深,这与熔池的构成进程有关。

  激光焊接的使用范畴

  激光焊接在制作行业、粉末冶金范畴、轿车工业、电子工业以及其他范畴都有广泛的使用。

  激光焊技能在轿车范畴的使用

  当前,德国群众轿车公司在AudiA6、GolfA4、Passat等品牌的车顶均选用激光焊接,宝马、通用公司在车架顶部也选用激光焊接,德国奔跑公司则选用激光焊接传动部件。

  除了激光焊接,其他激光技能也得到了广泛使用:群众、通用、奔跑、日产公司使用了激光技能切开覆盖件,菲亚特和丰田公司使用激光涂覆发动机排气阀,群众公司则对发动机凸轮轴进行激光外表硬化处理。

  从当前国内的状况来看,国际品牌的国产化车型:帕萨特、波罗、途安、奥迪、春风美丽、福克斯等都已经选用激光焊接技能,其中一汽群众奥迪A6顶盖和宝来后盖选用激光焊接,速腾和途安的车身激光焊缝长度分别到达30、40m。此外,国内自立轿车品牌的华晨、奇瑞、吉祥轿车也相继在其新车型上使用激光焊接技能。

  改进和开展激光焊接的新技能

  跟着年代的前进,激光焊接的技能也在不断开展中,以下几项技能有助拓展激光焊接的使用规模及提高激光焊接自动操控水平。

  1、填充焊丝激光焊

  激光焊接通常不填充焊丝,但对焊件安装空隙需求很高,实际出产中有时很难确保,约束了其使用规模。选用填丝激光焊,可大大下降对安装空隙的需求。例如板厚2mm的铝合金板,如不选用填充焊丝,板材空隙必须为零才干取得杰出的成形,如选用φ1.6mm的焊丝做为填充金属,即便空隙增至1.0mm,也可确保焊缝杰出的成形。此外,填充焊丝还能够调整化学成分或进行厚板多层焊。

  2、光束旋转激光焊

  使激光束旋转进行焊接的方法,也可大大下降焊件安装以及光束对中的需求。例如在2mm厚高强合金钢板对接时,允许对缝安装空隙从0.14mm增大到0.25mm;而对4mm厚的板,则从0.23mm增大到0.30mm。光束基地与焊缝基地的对准允许差错从0.25mm添加至0.5mm。

  3.激光焊接质量在线检查与操控

  使用等离子体的光、声、电荷信号对激光焊接进程进行检查,这些年已成为国内外研讨的热门,少量研讨成果已到达了闭环操控的程度。



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