激光焊接头的焊接工艺原理及特点

2019-05-13 11:53:13 金晓


一,激光焊接头的焊接原理

激光焊接使用激光作为焊接热源,机器人作为运动系统。激光头热源的特殊优势在于其非凡的加热能力,可以在非常小的作用点集中大量的能量。因此,它具有能量密度高,集中加热,焊接速度快,焊接变形小的特点,可实现薄板的快速连接。

当激光头光斑上的功率密度足够大(> 106W / cm2)时,金属在激光照射下被快速加热,表面温度在短时间内上升到沸点,并且金属蒸发。金属蒸汽以一定的速度离开熔融金属池的表面,产生额外的应力以与熔融金属反应,使其向下倾斜,在激光点下方形成小凹坑。随着加热过程的进行,激光可以直接注入凹坑底部,形成细长的“小孔”。当金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡时,孔隙将不再进一步。当点密度非常高时,所产生的小孔将穿透整个板厚度以形成深穿透焊缝。小孔沿着焊接方向前进,光束相对于工件。当金属在孔前面熔化时形成的焊缝围绕孔向后流动并再次凝固。


焊接头

图(一)


 二,激光焊接头焊接方法的特点

 激光焊接头焊接方法具有以下特点:

 (1)高能量密度,适用于高速焊接。

 (2)焊接时间短,材料本身的热变形和热影响区小,特别适用于高熔点,高硬度的加工。

 (3)电极,工具等无磨损消耗

 (4)对环境无污染。

 (5)通过光纤可以实现长距离,难以触及的元件和多通道同时或分时焊接。

 (6)易于改变激光输出焦距和焊点位置。

 (7)可以很容易地安装在机器人设备上。

激光头复合焊接技术具有明显的优势。对于激光头复合焊接,其优点主要体现在:焊缝背面无下垂现象,适用范围广;对于激光-MIG焊接,其优点主要体现在:焊接速度快,焊接深度大,焊接热量少,焊接强度高,焊缝宽度小,焊缝凸起小,使整个系统生产过程稳定,设备精良可用性,焊接准备工作量小,焊接后焊接处理工作量小,焊接生产时间短,成本低,生产效率高。


焊接头ND60


 三,激光 - 电弧混合热源焊接的主要形式

 1.激光-TIG复合焊接

 激光和TIG组合焊接的特点是:

 (1)采用低强度激光代替高功率激光,采用电弧增强激光焊接金属材料。

 (2)焊接薄型零件时,可以高速焊接。

 (3)可以增加渗透性,改善焊缝成型,获得高质量的焊接接头。

 (4)可以放宽母材端面界面的精度要求。

例如,当CO2激光头功率为0.8kW,TIG电弧电流为90A,焊接头焊接速度为2m / min时,5kW CO2激光焊接头的焊接能力可以相等。当5kW CO2激光束与300A TIG电弧组合,焊接速度为0.5-5m / min时,穿透深度为1. 3-1。仅为5kW CO2激光束的6倍。

2.激光等离子弧复合焊接

激光等离子复合焊接采用同轴模式,如图2所示。等离子弧由环形电极产生,激光束穿过等离子弧的中间。等离子弧有两个主要功能:一方面,它为激光焊接提供额外的能量,提高焊接速度,进一步提高整个焊接过程的效率;另一方面,激光周围的等离子弧可以产生热处理效果,延长冷却时间,降低对硬化和残余应力的敏感性,并改善焊接的微观结构和性能。


焊接头

图(二)


3.激光-MIG复合焊接

激光-MIG复合焊接的基本原理如图2所示。 2. 2. 4.除了将电能输入焊接区域外,激光还将热量输入焊接金属。激光复合焊接技术不依次使用两种焊接方法,而是在焊接区域同时使用两种焊接方法。激光和电弧会不同程度地影响复合焊接的性能。在激光-MIG复合焊接中,挥发不仅发生在工件表面而且发生在填充焊丝上,使更多的金属挥发,从而使激光的能量传输更容易。

焊接具有功耗低,焊接桥接性好,电弧稳定性好,焊接结构易于填充金属的特点。然而,激光束焊接的特点是熔化深度大,焊接速度快,热输入低,焊缝窄,但焊接较厚的材料需要更高功率的焊接激光。同时,激光复合焊接熔池比MIG焊接熔池小,工件变形小,大大减少了焊接后焊接变形的修正工作。 Laser-MIG复合焊接将产生两个独立的熔池,后弧的热输入也将起到焊后回火处理的作用,以降低焊缝硬度(特别是焊接钢)。由于激光复合焊接的高焊接速度,可以减少生产时间和成本。

 4.双激光焊接头焊接技术

在激光焊接头焊接过程中,由于高激光头功率密度,焊接基底金属被快速加热,熔化和气化以产生高温金属蒸汽。在高功率密度激光器的连续作用下,等离子云容易产生,不仅降低了工件对激光的吸收,而且使焊接过程不稳定。如果在形成较大的深熔针孔后连续照射的激光功率密度降低,并且形成的较大的深熔针孔吸收更多的激光,结果,激光对金属蒸汽的影响减小,等离子体云可以减少或者消失了。

因此,具有高峰值功率的脉冲激光和连续激光,或者脉冲宽度,重复频率和峰值功率差异大的两个脉冲激光用于工件的复合焊接。在焊接过程中,两个激光器一起照射工件,形成一个大的深穿透孔,然后在正确的时间停止一个激光器的照射,使等离子体云小或消失,吸收和利用激光能量提高工件,提高焊接熔深,提高焊接能力。


四、结论

激光复合焊接头焊接结合了两种焊接方法。它具有自身的优点,具有最佳的焊接效果,更快的焊接速度和更强的焊接桥接能力。它是目前最先进的焊接方法之一,实现了高焊接速度和良好焊接质量的完美结合。激光复合焊接技术是汽车工业中一种全新的焊接技术,尤其是激光束焊接无法实现的装配间隙要求,或者在经济上不可行。它具有广泛的应用和高效率,同时降低投资成本,缩短生产时间,节省生产成本和提高生产力,具有更强的竞争力。



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