涨姿势!一文看懂激光焊接工艺

来源:火狐直播app下载安装    发布时间:2023-09-02 06:16:45

  如今,激光焊接在汽车白车身上的应用慢慢的变成了一种发展的新趋势。使用激光焊接不但可以减轻车身重量,提高车身装配精度,还可以大幅度加强车身强度,为用户更好的提供更高的安全性,同时享受舒适性。

  20世纪80年代中期,激光焊接技术开始应用于汽车领域。从1993年开始,大众首次在车顶焊接中使用YAG激光焊接。现在,激光焊接作为一项成熟且 广泛的技术,已经被慢慢的变多的汽车制造商所采用。

  激光焊接是激光材料加工技术应用的一个重要方面,也称为激光焊机和激光焊机。按其工作方式可分为激光模焊机(手动焊机)、自动激光焊机、激光点焊机和光纤传输激光焊机。光焊是利用高能激光脉冲对材料来小面积的局部加热,激光辐射的能量通过热传导扩散到材料中,使材料熔化,形成特定的熔池,达到焊接的目的。

  激光焊接机的原理实际上的意思就是通过脉冲激光束来完成焊接。其原理可分为热传导和激光深熔。

  所谓热传导原理,就是指针通过辐射加热待焊接的区域。当表面热量通过热传导逐渐渗透到材料内部时,通过相对能量、重复频率和相关激光参数可以熔化工件。

  而激光深穿透需要连续的激光束来完成工作,以此来实现材料的相互连接和焊接深度。随技术的升级(分为脉冲激光焊接和连续激光焊接),脉冲激光焊接每秒小于等于100个光斑,而连续激光焊接每秒能够达到小于等于5000个光斑。这种焊接原理在足够高密度的激光照射下,可以使焊接材料在某一点快速高效地吸收激光束的能量,使其金属材料完全熔化和渗透。

  1. 激光束的激光焦点光斑小,功率密度高,能焊接一些高熔点、高强度的合金材料

  2. 激光焊接是无接触加工,没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调,移动速度可调,可以多种焊接加工

  3. 激光焊接自动化程度高,可以用计算机来控制,焊接速度快,功效高,可方便的进行任何复杂形状的焊接。

  5. 激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件。

  激光自熔焊是指将两个或两个以上需要焊接的零件熔化、冷却,然后凝结成一个整体,达到焊接的目的。这种焊接方法在使用的过程中不需要添加焊丝和焊剂,整一个完整的过程依靠工件本身的物理性能来达到焊接在一起的目的。当激光功率密度达到一定值时,工件表面温度迅速升高,短时间内达到沸点,使金属汽化,形成细长孔洞。当金属蒸气的反冲力与液态金属的表面张力和重力达到一个平衡值时,拉长的孔洞就不会继续加深,最终形成一个性质、温度和深度稳定的孔洞。当孔闭合时,焊缝形成,激光深熔焊接完成。

  激光填丝焊接是指在焊缝中预先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的方法。激光填丝焊接与非填丝焊接相比, 解决了对工件加工装配要求严格的问题;可实现较小功率焊接较厚较大零件; 通过调节填丝成分, 可控制焊缝区域组织性能。

  铜焊是一种材料连接过程。与焊接不同,钎焊不依赖于填充金属和基底金属的熔化。相反,铜焊更像铜焊,因为铜焊依赖于填充金属粘附到两个或多个基底的表面。虽然基底金属在钎焊过程中不会熔化,但填充金属会通过某种形式的热量熔化。

  在激光钎焊的情况下,热源是聚焦激光。就像在焊接中一样,熔化的填充金属将流过基底表面,并通过一种称为毛细管作用的现象被吸入接头。事实上,钎焊和硬钎焊非常相似,它们之间的主要不同之处在于使用的填充金属和各自的熔化温度。

  激光-电弧复合焊接作为一种新的焊接技术,是利用激光和电弧作为双热源,同时作用于同一熔池,形成激光引导的稳定电弧的焊接方法,能大大的提升金属对激光的吸收率,增强熔滴的搭桥能力。它充分的发挥了激光焊接和电弧焊的优点,弥补了各自的不足。尤其是在中、大厚度材料的焊接中,复合焊接技术具有更大的优势。因为传统的焊接方法存在接头强度低、效率低、变形严重、焊接材料消耗大等缺点。而且单一激光焊接也存在一些缺点,如接头装配技术方面的要求高、激光功率对焊接能力限制大、搭桥能力差、焊缝咬边严重等。

  激光焊接中激光单位体积内的包含的能量存在一个值。低于这个值,渗透深度很浅。一旦达到或超过这个值,穿透深度就会大幅度的提升。只有当工件上的激光功率密度超过阈值(与材料有关)时,才会产生等离子体,这表明稳定的深熔焊接。如果激光功率低于这个值,只有工件表面会熔化,即焊接会在稳定的热传导模式下进行。然而,当激光功率密度接近小孔形成的临界条件时,深熔焊接和导电焊接交替进行,成为不稳定的焊接过程,导致熔深波动很大。在激光深穿透焊接中,激光功率同时控制穿透深度和焊接速度。焊接熔深与光束功率密度直接相关,并且是入射光束功率和光束焦点的函数。一般来说,对于一定直径的激光束,穿透深度随着光束功率的增加而增加。

  激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面气温变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。

  光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一,因为它决定功率密度。但对高功率激光来说,对它的测量是一个难题,尽管已经有很多间接测量技术

  光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算,但由于聚焦透镜像差的存在实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法,即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要经过测量实践,掌握好激光功率大小和光束作用的时间。

  焊接速度对熔深影响较大,提高速度会使熔深变浅,但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以,对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围,并在其中相应速度值时可获得最大熔深。图10-2给出了1018 钢焊接速度与熔深的关系。

  激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池,当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护,但对大多数应用场合则常使用氨、氲、氮等气体作保护,使工件在焊接过程中免受氧化。