激光焊接頭的現狀及前景

來源:萬順興金曉    關鍵詞:激光, , 激光技術,    發布時間:2019-05-07

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激光頭技術在制造業中的應用是目前各國研究的重點。隨著工業發展對高效,環保和自動化的需求,激光頭技術的應用在制造業的許多領域迅速普及。在此基礎上,激光焊接頭技術將成為激光頭應用的重要方面之一。激光焊接頭是激光頭加工技術應用的重要組成部分。焊接頭技術也是21世紀最受關注,最具發展前景的焊接頭技術。

早在上世紀末,歐美國家就已經將激光焊接頭全面應用于工業生產。在加快激光焊接頭技術研發的同時,中國逐步建立了“產,學,研”相結合的發展體系,并在一些領域取得了重大突破。

隨著工業制造業的發展,高效,靈活,環保的加工技術將受到青睞。激光焊接頭采用高能束聚焦模式,可實現深熔焊,快速焊接頭等焊接過程中難以實現的形式。特別是激光焊接頭設備靈活匹配,實時在線檢測技術成熟,可實現批量生產的高度自動化。目前,大量激光焊接頭生產線已投入工業生產。

實踐證明,激光焊接頭在加工工業中具有廣泛的應用?;旧?,激光焊接頭可以在可以使用傳統焊接頭技術的領域中勝任,并且具有更高的焊接頭質量和更快的加工效率。

焊接頭ND44

采用激光頭技術的焊接工藝

激光焊接頭是利用激光頭的輻射能量實現有效焊接的過程。其工作原理是以特定的方式激發激光頭活性介質(如CO2和其他氣體的混合氣體,YAG釔鋁石榴石晶體等),使其在諧振腔中來回振蕩,從而形成激發輻射束。當梁接觸工件時,其能量被工件吸收,并且當溫度達到材料的熔點時可以進行焊接。

 

1.激光焊接頭焊接模式

激光焊接頭可分為導熱焊接頭和深熔焊接頭。前者的熱量通過熱傳遞擴散到工件內部,并且僅在焊接表面上產生熔化現象。工件內部未完全穿透,基本上不會發生汽化現象。主要用于焊接低速薄壁材料。后者不僅完全熔化材料,而且蒸發材料以形成大量的等離子體。由于大量的熱量,熔池的前端會出現鑰匙孔。

深熔焊頭是目前應用最廣泛的激光焊接頭焊接方法,因為它可以完全焊接具有大輸入能量和快速焊接速度的工件。

 

2.激光焊接頭焊縫的形狀,結構和性能

由于激光頭產生的聚焦光斑面積小,焊縫周圍的熱影響區比普通焊接頭技術的熱影響區小得多。通常,激光焊接頭不需要用金屬填充。焊縫表面連續均勻,外觀美觀,無毛孔,裂縫等表面缺陷。非常適用于對焊縫外觀有嚴格要求的場合。盡管聚焦區域相對較小,但激光束的能量密度非常高(通常高達103-108W / cm2)。

在焊接過程中,金屬被加熱和冷卻得非???,熔池周圍的溫度梯度相對較大,這使得接頭強度高于母材,而接頭塑性相對較低。目前,通過雙焦點技術或復合焊接頭技術可以提高接頭質量。

 

3.激光焊接頭的優點和缺點

激光焊接頭焊接受到如此高度關注的原因在于其獨特的優勢:

 (1)激光焊接頭可以獲得高質量的接合強度和更大的縱橫比,焊接速度更快。

 (2)由于激光焊接頭不需要真空環境,因此可以通過透鏡和光纖實現遠程控制和自動生產。

 (3)激光頭對鈦和石英等難焊材料具有高功率密度和良好的焊接效果,可以焊接不同性能的材料。

當然,激光焊接頭也有其缺點:

 (1)激光頭和焊接頭系統配件價格昂貴,因此初期投資和維護成本高于傳統焊接工藝,經濟效益差。

 (2)激光焊接頭焊接的轉換效率一般較低(通常為5%~30%),因為固體材料對激光頭激光的吸收率較低,特別是在產生等離子體后(等離子體對激光有吸收作用)。

 (3)由于激光焊接頭焦點小,工件接頭設備精度要求高,設備偏差小,加工誤差大。

 

隨著激光焊接頭的普及和應用以及激光頭的商業化生產,激光頭設備的價格急劇下降。然而,高功率激光頭的發展以及新型復合焊接頭焊接方法的開發和應用也改善了激光焊接轉換效率低的缺點。我相信在不久的將來,激光焊接頭將逐步取代傳統的焊接工藝(如電弧焊和電阻焊),成為工業焊接的主要方法。

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