激光焊接的特點及應用分析

來源:歐銳激光    關鍵詞:激光焊接, 激光器, 特點,    發布時間:2019-11-08

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激光焊接的特點

激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。20世紀70 年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬熱傳導型,即激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其獨特的優點,已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出現,開辟了激光焊接的新領域。以小孔效應為理論基礎的深熔焊接,在機械、汽車、鋼鐵等工業領域獲得了日益廣泛的應用。 



與其它焊接技術相比,激光焊接的主要有以下幾個優點:

1.速度快、深度大、變形小 。

2.可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對異性材料施焊,效果良好。

3.可進行微型焊接。激光束經聚焦后可獲得很小的光斑,且能精確定位,可應用于大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。

4.能在室溫或特殊條件下進行焊接,焊接設備裝置簡單。例如,激光通過電磁場,光束不會偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,并能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。  

5.激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接時,深寬比可達5:1,最高可達10:1。  

6.激光束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工。

7.可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性。尤其是近幾年來,在YAG激光加工技術中采用了光纖傳輸技術,使激光焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。

激光焊接應用領域

01.粉末冶金領域

隨著科學技術的不斷發展,許多工業技術上對材料特殊要求,應用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。

由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優點,在某些領域如汽車、飛機、工具刃具制造業中正在取代傳統的冶鑄材料,隨著粉末冶金材料的日益發展,它與其它零件的連接問題顯得日益突出,使粉末冶金材料的應用受到限制。


在八十年代初期,激光焊以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域,為粉末冶金材料的應用開辟了新的前景,如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊的方法焊接金剛石,由于結合強度低,熱影響區寬特別是不能適應高溫及強度要求高而引起釬料熔化脫落,采用激光焊接可以提高焊接強度以及耐高溫性能。


02.電子工業應用

激光焊接在電子工業中,特別是微電子工業中得到了廣泛的應用。由于激光焊接熱影響區小、加熱集中迅速、熱應力低,因而在集成電路和半導體器件殼體的封裝中,顯示出獨特的優越性。在真空器件研制中,激光焊接也得到了應用,如鉬聚焦極與不銹鋼支持環、快熱陰極燈絲組件等。



傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm,采用傳統焊接方法難以解決。由于TIG焊容易焊穿、等離子穩定性差、影響因素多,所以采用激光焊接。


03.制造業應用

激光拼焊技術在國外轎車制造中得到廣泛的應用,據統計,2000年全球范圍內剪裁坯板激光拼焊生產線超過100條,年產轎車構件拼焊坯板7000萬件,并繼續以較高速度增長。國內生產的引進車型Passat,Buick,Audi等也采用了一些剪裁坯板結構。

日本以CO2激光焊代替了閃光對焊進行制鋼業軋鋼卷材的連接,在超薄板焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片,無法熔焊,但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功,顯示了激光焊的廣闊前途。



并且還在世界上首次成功開發了將YAG激光焊用于核反應堆中蒸氣發生器細管的維修等,在國內蘇寶蓉等還進行了齒輪的激光焊接技術。  


04.生物醫學領域

生物組織的激光焊接始于20世紀70年代,Klink等及jain用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的優越性,使更多研究者嘗試焊接各種生物組織,并推廣到其他組織的焊接。有關激光焊接神經方面目前國內外的研究主要集中在激光波長、劑量及其對功能恢復以及激光焊料的選擇等方面的研究,劉銅軍進行了激光焊接小血管及皮膚等基礎研究的基礎上又對大白鼠膽總管進行了焊接研究。



激光焊接方法與傳統的縫合方法比較,激光焊接具有吻合速度快,愈合過程中沒有異物反應,保持焊接部位的機械性質,被修復組織按其原生物力學性狀生長等優。因此,激光焊接將在以后的生物醫學中得到更廣泛的應用。


05.汽車工業應用

20世紀80年代后期,千瓦級激光成功應用于工業生產,而今激光焊接生產線已大規模出現在汽車制造業,成為汽車制造業突出的成就之一。

德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側框等鈑金焊接,90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車制造,盡管起步較晚,但發展很快。

意大利菲亞特在大多數鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接,日本的日產、本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝,高強鋼激光焊接裝配件因其性能優良在汽車車身制造中使用得越來越多。



在工藝方面美國Sandia國家實驗室與PrattWitney聯合進行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究,德國不萊梅應用光束技術研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方面進行了大量的研究,認為在焊縫中添加填充金屬有助于消除熱裂紋,提高焊接速度,解決公差問題,開發的生產線已在奔馳公司的工廠投入生產。

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