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激光焊接機工藝參數

發布時間:2012-07-19 | 來源:星鴻藝激光焊接運營部 | 分享:


激光焊接機工藝參數:1、 離焦量對焊接質量的影響。  激光焊接通常需要一定的離做文章一,因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發成孔。離開激光焦點的各平面上,功率密度分布相對均勻。  離焦方式有兩種:正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負離焦。按幾何光學理論,當正負離做文章一相等時,所對應平面上功率密度近似相同, 但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關。實驗表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬并 出現問分汽化,形成市壓蒸汽,并以極高的速度噴射,發出耀眼的白光。與此同時,高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當負離焦時,材 料內部功率密度比表面還高,易形成更強的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應用中,當要求熔深較大時,采用負離焦;焊接薄材料時,宜用正離焦。
2、功率密度。 功率密度是激光加工(laser oem)中 最關鍵的參數之一。采用較高的功率密度,在微秒時間范圍內,表層即可加熱至沸點,產生大量汽化。因此,高功率密度對于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有 利。對于較低功率密度,表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒,在表層汽化前,底層達到熔點,易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導型激光焊接中,功率密度在范圍 在104~106W/cm2。
3、激光脈沖波形。 激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題,尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度激光束射至材料表面,金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內,金屬反射率的變化很大。
4、激光脈沖寬度。 脈寬是脈沖激光焊接的重要參數之一,它既是區別于材料去除和材料熔化的重要參數,也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。
二、激光焊接工藝方法:
1、片與片間的焊接。包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4種工藝方法。
2、絲與絲的焊接。包括絲與絲對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。
3、金屬絲與塊狀元件的焊接。采用激光焊接可以成功的實現金屬絲與塊狀元件的連接,塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應注意絲狀元件的幾何尺寸。
4、 不同金屬的焊接。焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數范圍。不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。 激光釬焊  有些元件的連接不宜采用激光熔焊,但可利用激光作為熱源,施行軟釬焊與硬釬焊,同樣具有激光熔焊的優點。采用釬焊的方式有多種,其中,激光軟釬焊主要用于 印刷電路板的焊接,尤其實用于片狀元件組裝技術。
三、采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優點:
1、由于是局部加熱,元件不易產生熱損傷,熱影響區小,因此可在熱敏元件附近施行軟釬焊。
2、用非接觸加熱,熔化帶寬,不需要任何輔助工具,可在雙面印刷電路板上雙面元件裝備后加工。
3、重復操作穩定性好。焊劑對焊接工具污染小,且激光照射時間和輸出功率易于控制,激光釬焊成品率高。
4、激光束易于實現分光,可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學元件進行時間與空間分割,能實現多點同時對稱焊。
5、激光釬焊多用波長1.06um的激光作為熱源,可用光纖傳輸,因此可在常規方式不易焊接的部位進行加工,靈活性好。
6、聚焦性好,易于實現多工位裝置的自動化。
四、鋼鐵材料的激光焊接
1、碳鋼 及普通合金鋼的激光焊接。總的說,碳鋼激光焊接效果良好,其焊接質量取決于雜質含量。就象其它焊接工藝一樣,硫和磷是產生焊接裂紋的敏感因素。為了獲得滿 意的焊接質量,碳含量超過0.25%時需要預熱。當不同含碳量的鋼相互焊接時,焊炬可稍偏向低碳材料一邊,以確保接頭質量。  低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高,并不適合激光焊接。低碳鎮靜鋼由于低的雜質含量,焊接效果就很好。  中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進行良好的激光焊接,但需要預熱和焊后處理,以消除應力,避免裂紋形成。
2、不銹鋼的激光焊接。 一般的情況下,不銹鋼激光焊接比常規焊接更易于獲得優質接頭。由于高的焊接速度熱影響區很小,敏化不成為重要問題。與碳鋼相比,不銹鋼低的熱導系數更易于獲得深熔窄焊縫。
3、 不同金屬之間的激光焊接。  激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區,為許多不同金屬焊接融化后有不同結構的材料相容創造了有利條件。現已證明以下金屬可以順利進行激光深熔焊接:不 銹鋼~低碳鋼,416不銹鋼~310不銹鋼,347不銹鋼~HASTALLY鎳合金,鎳電極~冷鍛鋼,不同鎳含量的雙金屬帶。
五、激光深熔焊:
1、 冶金過程及工藝理論。激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似,即能量轉換機制是通過"小孔"結構來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下,材料產生蒸 發形成小孔。這個充滿蒸汽的小孔猶如一個黑體,幾乎全部吸收入射光線的能量,孔腔內平衡溫度達25000度左右。熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍 著這個孔腔的金屬熔化。小孔內充滿在光束照射下壁體材料連續蒸發產生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態金屬四周即圍著固體材料。孔壁外液體流動和 壁層表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力相持并保持著動態平衡。光束不斷進入小孔,小孔外材料在連續流動,隨著光束移動,小孔始終處于流動的穩定態。就是 說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動,熔融金屬填充著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,焊縫于是形成。
2、影響因素。對激光深熔焊產生影響的因素包括:激光功率,激光束直徑,材料吸收率,焊接速度,保護氣體,透鏡焦長,焦點位置,激光束位置,焊接起始和終止點的激光功率漸升、漸降控制。
3、激光深熔焊的特征:
特 征:(1)高的深寬比。因為熔融金屬圍著圓柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工件,焊縫就變得深而窄。(2)最小熱輸入。因為源腔溫度很高,熔化過程發生得極 快,輸入工件熱量極低,熱變形和熱影響區很小。(3)高致密性。因為充滿高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池攪拌和氣體逸出,導致生成無氣孔熔透焊接。焊后高的 冷卻速度又易使焊縫組織微細化。(4)強固焊縫。(5)精確控制。(6)非接觸,大氣焊接過程。
4、激光深熔焊的優點:(1)由于 聚焦激光束比常規方法具有高得多的功率密度,導致焊接速度快,熱影響區和變形都較小,還可以焊接鈦、石英等難焊材料。(2)因為光束容易傳輸和控制,又不 需要經常更換焊炬、噴嘴,顯著減少停機輔助時間,所以有荷系數和生產效率都高。(3)由于純化作用和高的冷卻速度,焊縫強,綜合性能高。(4)由于平衡熱 輸入低,加工精度高,可減少再加工費用。另外,激光焊接的動轉費用也比較低,可以降低生產成本。(5)容易實現自動化,對光束強度與精細定位能進行有效的 控制。
5、激光深熔焊設備:激光深熔焊通常選用連續波CO2激光器, 這類激光器能維持足夠高的輸出功率,產生"小孔"效應,熔透整個工件截面,形成強韌的焊接接頭。  就激光器本身而言,它只是一個能產生可作為熱源、方向性好的平行光束的裝置。如果把它導向和有效處理后射向工件,其輸入功率就具有強的相容性,使之能更好 的適應自動化過程。  為了有效實施焊接,激光器和其他一些必要的光學、機械以及控制部件一起共同組成一個大的焊接系統。這個系統包括激光器、光束傳輸組件、工件的裝卸和移動裝 置,還有控制裝置。這個系統可以是僅由操作者簡單地手工搬運和固定工件,也可以是包括工件能自動的裝、卸、固定、焊接、檢驗。這個系統的設計和實施的總要 求是可獲得滿意的焊接質量和高的生產效率。

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