激光焊接头的焊接技术全面解读

2019-06-13 11:22:43 金晓


随着科学技术的发展,近年来出现了激光焊接头。什么是激光焊接头?激光焊接头有什么特点和优点?


一、下图显示了激光焊接头的工作原理:


激光焊接头的工作原理


首先,什么是激光头?世界上第一个激光光束是在1960年生产的,当时用闪光灯泡来激发红宝石颗粒。由于晶体的热容量,它只能产生非常短的脉冲光束,频率很低。虽然瞬时脉冲的峰值能量可以达到106瓦,但它仍然属于低能量输出。

激光头技术使用偏振器来反射激光器产生的光束,并将其集中在聚焦装置中以产生巨大能量的光束。如果焦点靠近工件,工件将在几毫秒内熔化并蒸发。这种效应可用于焊接过程中高功率CO2和高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接头焊接的新领域。激光焊接头焊接设备的关键是高功率激光头。主要有两种类型,一种是固体激光,也称为Nd:YAG激光。 Nd(钕)是稀土元素,YAG代表钇铝石榴石,其晶体结构类似于红宝石。 Nd:YAG激光的波长为1.06μm。其主要优点是产生的光束可以通过光纤传输,因此不需要复杂的光束传输系统。它适用于柔性制造系统或远程加工,通常用于焊接精度要求高的工件。输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器通常用于汽车工业。另一种是气体激光器,也称为CO2激光器。分子气体用作工作介质,产生均匀尺寸为10.6μmm的红外激光。它可以连续工作并输出非常高的功率。标准激光头功率在2-5kW之间。


二、与其他传统焊接头焊接技术相比,激光焊接头焊接的主要优点是:

 1.速度快,深度大,变形小。

 2.可在室温下或特殊条件下使用简单的焊接设备进行焊接。例如,当激光通过电磁场时,光束不会移动;激光器可以在真空,空气和一些气体环境中焊接,并且可以通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

 3.可焊接钛,石英等耐火材料,可焊接异种材料,效果好。

 4.激光聚焦后,功率密度高。焊接大功率器件时,纵横比可达到5:1,最大可达到10:1。

 5,可以进行微焊。聚焦后,激光束可以获得小斑点并且可以精确定位,并且可以应用于大量自动生产的小工件的组装焊接。

 6,焊接接触部位难以接触,实行非接触式焊接,具有很大的灵活性。特别是近年来,YAG激光头加工技术采用了光纤传输技术,使激光焊接头焊接技术得到更广泛的推广和应用。

 7.激光束可以根据时间和空间轻松分割光束,可以同时在多个工位处理多个光束,从而为更精确的焊接提供条件。


焊接头ND60


三、但是,激光焊接头焊接也有一定的局限性:

 1.要求焊件的装配精度高,梁在工件上的位置不能显着移动。这是因为在激光聚焦之后,光斑尺寸非常小并且焊缝非常窄,其中填充有金属材料。如果工件的装配精度或光束定位精度不能满足要求,则容易引起焊接缺陷。

 2.激光头及其相关系统的成本相对较高,一次性投资相对较大。

 激光焊接头焊接工艺参数

 (1)功率密度

功率密度是激光头加工中最关键的参数之一。具有更高的功率密度,表面层可以在微秒时间范围内加热到沸点,导致大量蒸发。因此,高功率密度有利于材料去除处理,例如冲压,切割和雕刻。对于较低的功率密度,表面层温度达到沸点需要几毫秒。在表面层蒸发之前,底层达到熔点并且易于形成良好的熔焊。因此,在进行激光焊接头焊接时,功率密度范围为104至106W / cm 2。

 (2)激光脉冲波形

 激光脉冲波形是激光焊接中的一个重要问题,特别是对于薄板焊接。当高强度激光束入射到材料表面时,金属表面上60-98%的激光能量将被反射和损失,并且反射率将随表面温度而变化。在激光脉冲期间,金属的反射率变化很大。

 (3)激光脉冲宽度

 脉冲宽度是脉冲激光焊接头焊接的重要参数之一。它不仅是一个不同于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备制造成本和体积的关键参数。

 (4)散焦对焊接质量的影响

由于激光焦点处光斑中心的功率密度太高,因此很容易蒸发成孔。功率密度分布在每个平面上相对均匀,留下激光焦点。有两种散焦模式:正散焦和负散焦。工件上方的焦平面是正散焦,否则是负散焦。根据几何光学理论,当正和负散焦平面之间的距离等于焊接平面时,相应平面上的功率密度大致相同,但实际获得的熔池形状是不同的。当发生负散焦时,可以获得更大的渗透,这与熔池的形成过程有关。


四、激光焊接头焊接的应用领域

激光焊接头焊接广泛应用于制造业,粉末冶金业,汽车业,电子业等领域。


焊接头ND44


五、特别是,小编辑包括目前汽车制造业中激光焊接头焊接的发展。减少如下:

目前,德国大众汽车在AudiA6,GolfA4,帕萨特等品牌的顶部采用激光焊接头焊接,宝马和通用汽车也在车架顶部使用激光焊接头焊接,而德国梅赛德斯则采用激光焊接头焊接制造传动部件。

除激光焊接头焊接外,其他激光头技术也被广泛使用:大众,通用汽车,梅赛德斯 - 奔驰和日产均采用激光切割头切割盖板,菲亚特和丰田已应用激光头涂层发动机排气阀,而大众汽车已应用激光表面硬化发动机凸轮轴。

从目前国内形势来看,国内品牌的国产车型:帕萨特,波罗,头安,奥迪,东风标致,福克斯等都采用了激光焊接头焊接技术。其中,一汽大众奥迪A6的顶盖和宝来的后盖采用激光焊接头焊接,速腾和头安的激光头焊缝长度分别达到30米和40米。此外,国内独立汽车品牌辉煌,奇瑞和吉利也先后将激光焊接头焊接技术应用于新车型。


焊接头ND16


六、改进和发展新的激光焊接头焊接技术

随着时代的进步,激光焊接头焊接技术也在不断发展。以下技术有助于扩大激光焊接头焊接的应用范围,提高激光焊接头焊接的自动控制水平。

1.用填充焊丝进行激光焊接

激光焊接头焊接一般不填充焊丝,但对接焊接部件的装配间隙很高,有时在实际生产中难以保证,这限制了其应用范围。使用填充激光焊接头焊接可以大大降低装配间隙的要求。例如,对于板厚度为2mm的铝合金板,如果不使用填充焊丝,则板之间的间隙必须为零以获得良好的成形。例如,如果使用φφ1.6mm的填充焊丝作为填充金属,即使间隙增加到1.0mm,也可以确保良好的焊接形成。此外,填充焊丝还可以调整化学成分或进行厚板多层焊接。

2.光束旋转激光焊接头焊接

旋转激光束进行焊接的方法也可以大大降低焊接元件和光束对准的要求。例如,当2mm厚的高强度合金钢板对接时,对接接头的装配间隙允许从0.14mm增加到0.25mm;对于4mm厚的板,它从0.23mm增加到0.30mm。光束中心和焊接中心之间允许的对准误差从0.25mm增加到0.5mm。

3.激光焊接头焊接质量的在线检测和控制

利用等离子体光学,声学和电学信号检测激光头焊接工艺已成为近年来国内外研究的热点。一些研究成果已达到闭环控制水平。




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