光纤激光器在焊接领域的发展

时间:2019-01-02 10:03来源:天之星激光技术作者:天之星激光技术 点击:
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摘要:光纤激光器的出现,在一定程度上改变了许多传统加工工艺,比如焊接这一项,相比于传统的焊接技术,激光焊接利

关键字:光纤激光器在焊接领域的发展

  一、激光焊接的优点
  光纤激光器的出现,在一定程度上改变了许多传统加工工艺,比如焊接这一项,相比于传统的焊接技术,激光焊接利用聚焦的激光束照射在工件表面,产生精确可控的热积累,非常适合精密、微型、高速和远程的工件焊接。
  激光焊接具有热输入低、变形小,不受电磁场影响等优点。在如今环保和节能的要求越来越高的局势下,激光焊接作为一类先进的焊接工艺,尤其在与自动化设备紧密结合方面,正越来越被多数厂家采用。
  激光焊接速度快,熔深大,每分钟能达到数十米,可以焊接难熔材料如钛合金、铝合金、铜等,而且可以焊接不易到达的边角位置,加快了生产节拍。
  一台激光焊接机可以提高50%的生产效率。
  激光焊接柔性化程度高,激光焊接是非接触式焊接,一般距离钢板15cm以上,留给焊接工件的余地和设计空间很大。针对不同的工件,只需变化夹具和机器人编程就可以投产,实现了快速的柔性化生产。虽然激光焊接初期投入高,但后期适应性好,降低了生产线的适应性风险。
  激光焊接形变量小。由于能量集中在焊接点,而且是非接触焊接,与电弧焊、电阻焊等工艺相比,激光焊接的热变形区域很窄,点焊中伴有的机械扭曲和波浪边缘在激光焊接中不会产生。另外,在点焊中的易损件如电极帽、电极杆等,需要经常更换与维护,而激光焊接基本是免维护的。
  采用激光焊接,可以大量节省材料。在进行搭接焊的时候,激光焊接只需对翻边的一面进行焊接(单边焊接),减少预留的焊接边缘,减少搭接板料。同时,单边焊接让设计更自由,有利于板件布置。另一方面,单边搭接焊大幅度降低了焊接后的整体重量,为轻量化提供了足够的减排空间。
  激光焊接的应用领域包括:汽车的白车身焊接,金属板材的拼焊,飞机和轨道交通的车身,激光焊字机,小五金,电子元器件,线缆接头等众多领域。

图1:激光焊接的示意图

图1:激光焊接的示意图


  二、激光焊接的分类
  根据激光焊接的工作方式,可以分为:
  (1)搭接焊/拼接焊
  这是一种将两块板材进行延伸的焊接方式,板材的厚度和材料可以相同,也可以不同,广泛用于汽车、容器外壳、金属框和文件柜等的生产中。
   (2)穿透焊
  有两种方式的穿透焊接,一种是通过热传导的方式,热量透过上面的材料传导到下面的接触面上,使2种材料焊接到一起。另一种是激光透过上面的透明材料(如塑料等)加热下面的材料,使上下两种材料焊接到一起。
  (3) 摆动焊
  又称之为wobbling焊。在焊接过程中沿着焊缝的轨迹,摆动激光束来改善焊缝的公差要求和减少焊接中气孔的影响。
  (4) 激光点焊
  利用激光器产生的高能激光脉冲,瞬间加热金属,形成短暂熔池,在下一个脉冲来之前,熔池凝固。速度快、效率高,深度大,变形小,热影响区小,较常用于首饰、广告字焊接等。
  (5) 振镜焊
  利用振镜的快速扫描功能,在计算机上预设焊接的路径和激光能量控制等参数,焊接速度快、精度高、光束模式好,属于精密焊接的一种方式。

图2:激光焊接的分类

图2:激光焊接的分类



  三、焊接专用的光纤激光器
  相比与激光切割,激光焊接对于激光输出的要求完全不同。激光输出功率、焊接速度和焊缝宽度之间存在一个最佳的对应关系。具体说来,就是面对不同厚度的金属板,所需要的最佳激光功率需要准确选择。高输出功率的光纤激光器并不意味着更高的焊接速度和更好的焊接质量。
  对于常用的不锈钢焊接来说,粗略的估算公式:H=P/1000,W=P/2000;用语言表达就是:熔深(或焊缝深度/毫米)=激光功率(瓦)/1000,最佳焊接速度(米/分钟)=激光功率(瓦)/2000。比如1000W光纤激光器对应的不锈钢焊缝深度为1mm,焊接速度为0.5米每分钟。
  在激光焊接中,精确控制激光功率对于焊缝的质量十分重要,尤其是在焊缝的起始与结尾阶段,这一点更为明显。在熔化过程中的不同阶段,金属对激光的吸收率和反射率有较大差别。实验表明,在焊接的起始和结尾阶段,激光功率采用分段式功率控制,可以获得较好的焊接质量。而没有采用分段式控制的激光焊接,其起始和结尾阶段,极易出现明显的火车头和火车尾效应。

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