对激光焊接头的新认识

2019-05-08 11:28:50 金晓


对接焊,搭接焊和线焊 - 焊接术语的范围与技术本身一样广泛和多样。激光焊接头焊接和激光钎焊是热粘合方法中的两种标准化联合工艺。

激光头的优点

与传统的弧焊工艺相比,激光焊接头具有许多优点!

小范围内的选择性能量应用:降低热应力,减少热影响区,极低变形接头的接合面窄而光滑;在再加工中减少甚至消除高强度和低焊接量的组合:焊接工件可以弯曲或液压成型,易于集成;它可以与其他生产操作相结合,如对齐或弯曲接头,只需要一面接近高处理速度,以缩短处理时间;它特别适用于自动化技术的良好程序控制:机床控制和传感器系统检测工艺参数,以确保质量激光束能够在不接触工件表面或在工件上施加力的情况下产生焊点。


一、焊接和钎焊金属:


激光焊接头


图1 热传导焊接中,表面被熔化


激光束可用于连接工件或在金属表面上产生深焊缝,也可与传统焊接方法结合使用或用于钎焊。

1. 导热焊接

在导热焊接中,激光束沿着共同的接头熔化匹配部件,并且熔融材料一起流动并固化以产生平滑的圆形焊接,而无需任何额外的研磨或精加工。


激光焊接头


图2 深熔焊产生一个充满蒸气的孔,或者叫小孔效应


导热焊接深度范围仅为十分之几毫米至一毫米。金属的导热性限制了最大焊接深度,焊接点的宽度总是大于其深度。


激光焊接头

图3 变速器部件的深熔焊

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图4 显微镜下观察到的激光焊接横截面


如果热量不能快速消散,加工温度将升高到气化温度以上,金属蒸汽就会形成,焊接深度会急剧增加,并且过程将变成深熔焊。

2. 深熔焊接

深熔焊接需要约1MW / cm 2的极高功率密度。当激光束熔化金属时,它产生蒸汽,其对熔融金属施加压力并部分地取代它。同时,材料继续熔化,形成深而窄的蒸汽填充孔,即针孔效应。激光束沿焊缝前进,小孔随之移动。熔融金属在小孔周围循环并在其轨道上凝固,导致内部结构的深度和窄度均匀焊接。焊接深度可以是焊接宽度的十倍,达到25mm或更大。

深熔焊的特点是效率高,焊接速度快,热影响区小,变形小。它通常用于需要深熔焊或多层材料同时焊接的应用中。

3. 活性气体和保护气体

活性气体和保护气体在焊接过程中辅助激光束。

活性气体用于CO2激光焊接,以防止在工件表面上形成的等离子云阻挡激光束。

保护气体用于保护焊接表面免受环境空气的影响。保护气体到工件的流动是非湍流的(层流)。

4. 填充材料:

填充材料通常添加到通过线或粉末连接的点上。

(1)填补太宽或不规则的间隙,以减少联合准备所需的工作量。

(2)将填料以特定形式加入熔融金属中,以改变材料的焊接适用性,强度,耐久性,耐腐蚀性等。

5. 复合焊接头焊接技术

复合焊接头焊接技术是指结合激光焊接和其他焊接方法的工艺。兼容工艺包括MIG(惰性气体保护焊)或MAG(活性气体保护焊),TIG(钨惰性气体保护焊)或等离子焊。与单独的MIG焊接相比,复合焊接技术更快,变形更小。


焊接头ND30


6. 激光钎焊

在激光钎焊中,匹配部件通过填充材料或钎焊填充金属连接在一起。焊料的熔化温度低于母材的熔化温度。在钎焊期间,仅钎焊金属熔化并且仅匹配的部件被加热。焊料熔化并流入元件之间的间隙,并与工件表面结合(扩散结合)。

钎焊接头的强度与焊接材料的强度相同。接合面光滑,干净,无需精加工。它通常用于汽车车身加工,如行李箱盖或车顶。


激光焊接头


图5 使用填充焊丝,活跃气体和保护气体的激光焊接


二、传感器:该传感器用于检测和调整某些参数,包括工作距离,激光束在间隙中的位置,光学透镜的角度和填充材料的数量,以确保零件加工中的焊接质量和检测下部。

1个焊缝跟踪,当激光束用于焊接材料中的对接时,跟踪接缝间隙的轨迹并且正确地定位激光束以确保激光束保持在接缝间隙的相同位置。继续监控整个过程可以组合传感器系统以实现对焊接过程的更全面的监控。包括“预焊”,“焊内”和“焊后”传感器。

焊前传感器位于焊缝前方,以跟踪焊缝并定位激光束。焊接传感器使用相机或二极管来检测焊接过程,基于相机的系统分析锁孔和焊接池,并且基于二极管的系统可以检测处理光,热辐射或反射激光的强度。焊接后,传感器检查完成的焊点,以确定焊点是否符合质量要求。传感器依靠编程约束来区分好的和坏的部分。


三、激光束焊接头:激光焊接头的设计取决于多种因素,如工件形状,焊接几何形状,焊接类型,输出,生产自动化程度,工艺和材料等。

1.手工焊接

小型工件通常使用手动工作台焊接,例如焊接首饰或修理工具。

2.1D应用 

有时,激光束只需沿单个移动轴焊接。例如,使用缝焊机或管道焊接系统进行管道焊接或缝焊。

3.3D系统和机器人

激光束通常连接到三维部件,并且其特征在于三维焊接几何形状。采用基于五轴坐标的激光单元和一组可移动的光学附件。

4.扫描振镜或远程焊接

扫描电流计将激光束引导远离工件,而在其他焊接方法中,光学透镜将激光束引导至非常靠近工件。

扫描振镜依靠一个或两个可移动的镜子来快速定位激光束,因此在焊缝之间重置光束所需的时间接近于零,从而提高了生产率,适用于生产大量短焊缝,优化焊接顺序并确保最小的热输入和变形。

5.远程焊接系统:有两种方法可以实现远程焊接系统!

第一种,是远程焊接系统。将工件放置在扫描光学检流计下方的工作区域中,然后焊接。当在短时间内焊接大量零件时,零件在光学检流计下由机器连续输送。这个过程称为飞行焊接。

第二种,携带扫描光学检流计的机器人执行大量运动,而扫描光学检测器确保激光束沿工件前后移动时的准确定位。机器控制同步机器人和扫描光学镜头的重叠运动。它可以在几毫米内测量机器人的精确空间位置。控制系统将测量位置与程序路径进行比较。如果检测到偏差,则通过扫描光学检流计来执行补偿控制。


四、激光焊接头让焊接将变得更容易

激光焊接头焊接技术已经开发出广泛的应用可能性。高质量,最小的返工和低成本效益已成为大力推广激光焊接头焊接技术的有力论据。未来,激光焊接头焊接技术将变得与激光切割一样成熟。


激光焊接头



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