激光焊接头的特点及其应用领域

2019-10-19 09:42:48 金晓


激光头技术使用偏振器来反射激光产生的光束,以便将其聚焦在聚焦装置中以产生高能量的光束。如果焦点靠近工件,则工件将在几毫秒内熔化并蒸发。这种效果可用于在焊接过程中产生大功率CO2和大功率YAG激光器,开辟了激光焊接头焊接的新领域。激光焊接头设备的关键是大功率激光。主要有两种类型,一种是固态激光器,也称为Nd:YAG激光器。 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激光器的波长为1.06μm。


它的主要优点是所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。适用于柔性制造系统或远程加工,通常用于焊接精度高的工件。 Nd:YAG激光的输出功率为3-4千瓦,通常用于汽车工业。另一个是气体激光器,也称为CO2激光器。分子气体用作工作介质,以产生均匀尺寸为10.6μmm的红外激光。它可以连续工作并输出高功率。标准激光功率在2-5kW之间。


激光焊接头ND10

与其他传统焊头技术相比,激光焊头的主要优点是:


1.速度快,深度大,变形小。

2.焊接可在室温或特殊条件下进行,焊头设备简单。例如,如果激光头的激光束穿过电磁场,则该光束将不会移动;激光可以在真空,空气和某些气体环境中焊接,也可以通过玻璃或对光束透明的材料焊接。

3,可焊接钛,石Shi等难熔材料,焊接异种材料效果良好。

4.激光聚焦后,功率密度高。焊接大功率设备时,长宽比可以达到5:1,最大可以达到10:1。

5,可以进行微焊接。聚焦的激光束可以获得较小的光斑,并且可以精确定位,并且可以应用于自动大量生产的微型和小型工件的组装和焊接。

6,焊接难以触及的零件,实行非接触式远距离焊接,具有很大的灵活性。特别是近年来,在YAG激光加工技术中已经采用了光纤传输技术,这使得激光焊接技术更加广泛地推广和应用。

7.激光束可以根据时间和空间轻松分离光束,并且可以在多个工位同时处理多个光束,从而为更精确的焊接提供了条件。


激光焊接头ND16

但是,激光焊接也有一定的局限性:


1.要求焊件的组装精度高,并且光束在工件上的位置不能明显移动。这是因为激光聚焦后,光斑尺寸很小,焊缝很窄,内部充满了金属材料。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.激光及其相关系统的成本较高,一次性投资较大。


手持激光焊接头ND18

激光焊接接头技术参数:


(1)激光焊接头的功率密度


功率密度是激光加工中最关键的参数之一。通过较高的功率密度,可以将表面层加热至微秒时间范围内的沸点,从而产生大量的汽化。因此,高功率密度对于诸如冲压,切割和雕刻的材料去除工艺是有利的。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,这很容易形成良好的熔焊。因此,当进行激光焊接时,功率密度在104至106W / cm 2的范围内。


(2)激光焊接头的激光脉冲波形


激光脉冲波形是激光焊接中的重要问题,特别是对于薄板焊接而言。当高强度激光束入射到材料表面时,金属表面上60%到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,金属的反射率发生很大变化。


(3)激光焊接头的激光脉冲宽度


脉冲宽度是脉冲激光焊接的重要参数之一。它不仅是不同于材料去除和熔化的重要参数,而且还是决定加工成本和加工设备体积的关键参数。


(4)激光焊接头的离焦量对焊接质量的影响


由于激光焦点处的光斑中心的功率密度过高,因此很容易蒸发到孔中。功率密度分布在每个平面上相对均匀,留下激光焦点。有两种散焦方法:正散焦和负散焦。工件上方的焦平面为正散焦,否则为负散焦。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,但是实际获得的熔池形状不同。当发生负散焦时,可以获得更大的穿透力,这与熔池的形成过程有关。


激光焊接头ND22

激光焊头的应用领域


激光焊接头广泛应用于制造业,粉末冶金,汽车工业,电子工业等领域。


激光焊接头技术在汽车领域的应用


目前,德国大众使用激光焊接头焊接奥迪A6,GolfA4,帕萨特等品牌的顶部。宝马和通用汽车还使用激光焊接头焊接车架顶部。德国梅赛德斯使用激光焊接头焊接变速箱部件。

除激光焊接外,其他激光焊接技术也得到了广泛应用:大众,通用,奔驰和日产已将激光切割头切割技术应用于切割机盖,菲亚特和丰田已将激光涂层应用于发动机排气门,而大众在发动机凸轮轴上进行了激光表面硬化处理。

从目前的国内情况来看,国际品牌的国产车型:帕萨特,波罗,图安,奥迪,东风标致,福克斯等都采用了激光焊接头焊技术。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,司腾和途安车身的激光焊缝长度分别达到30m和40m。此外,国内自主汽车品牌华晨,奇瑞和吉利也相继将激光焊接技术应用于新车型。


激光焊接头ND36

改进和发展激光焊接接头的新焊接技术


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头的应用范围,提高激光焊头的自动控制水平。


1. 填充丝激光焊接头焊接头


激光焊接头通常不填充焊丝,但是对接焊接部件的组装间隙很高,有时在实际生产中难以保证,限制了其应用范围。使用焊丝填充激光焊接可以大大降低对装配间隙的要求。例如,对于板厚为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,以获得良好的成型效果。例如,如果将φ1.6mm的填充焊丝用作填充金属,则即使将间隙增大至1.0mm,也可以确保良好的焊缝形成。另外,填充焊丝还可以调节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还可以大大降低焊接组件和光束对准的要求。例如,在对接2mm厚的高强度合金钢板时,对接装配间隙可以从0.14mm增加到0.25mm;对于4mm厚的钢板,它从0.23mm增加到0.30 mm。梁中心和焊接中心之间的允许对准误差从0.25mm增加到0.5 mm。


3. 激光焊接头焊接质量在线检查与控制


近年来,利用等离子光,声音和电荷信号检测激光焊接头的焊接过程已成为国内外研究的热点,闭环控制过程已取得了一定的研究成果。



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