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激光焊接機(jī)的原理
閱讀：787 發(fā)布時(shí)間：2022-9-18
激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，假如焦點(diǎn)靠近工件，工件就會(huì)在幾毫秒內(nèi)熔化和蒸發(fā)，這一效應(yīng)可用于焊接工藝高 功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。激光焊接設(shè)備的關(guān)鍵是大功率激光器，主要有兩大類，一類是固體激光器，又稱Nd:YAG 激光器。Nd（釹）是一種稀土族元素，YAG代表釔鋁柘榴石，晶體結(jié)構(gòu)與紅寶石相似。Nd:YAG激光器波長為1.06μm，主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的光束可以通 過光纖傳送，因此可以省往復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng)，適用于柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工，通常用于焊接精度要求比較高的工件。汽車產(chǎn)業(yè)常用輸出功率為3-4千瓦的 Nd:YAG激光器。另一類是氣體激光器，又稱CO2激光器，分子氣體作工作介質(zhì)，產(chǎn)生均勻?yàn)?0.6μm的紅外激光，可以連續(xù)工作并輸出很高的功率，標(biāo) 準(zhǔn)激光功率在2-5千瓦之間。
激光焊接的工藝參數(shù)
（1）功率密度
功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)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(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接 中，功率密度在范圍在 104~106W/cm2。
（2）激光脈沖波形
激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)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(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。
（3）激光脈沖寬度
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
（4）離焦量對焊接質(zhì)量的影響
因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)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(fù)離焦。焦平面位于工件上 方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦 時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。
激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域
激光焊接機(jī)在制造行業(yè)、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)以及其他領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
激光焊接在汽車制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，縮減如下：
目前，德國大眾汽車公司在AudiA6、GolfA4、Passat等品牌的車頂均采用激光焊接，寶馬、通用公司在車架頂部也采用激光焊接，德國奔馳公司則采用激光焊接傳動(dòng)部件。
除了激光焊接，其他激光技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用：大眾、通用、奔馳、日產(chǎn)公司應(yīng)用了激光技術(shù)切割覆蓋件，菲亞特和豐田公司應(yīng)用激光涂覆發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥，大眾公司則對發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸進(jìn)行激光表面硬化處理。
從目前國內(nèi)的情況來看，國際品牌的國產(chǎn)化車型：帕薩特、波羅、途安、奧迪、東風(fēng)標(biāo)致、福克斯等都已經(jīng)采用激光焊接技術(shù)，其中一汽大眾奧迪A6頂蓋和寶來后蓋 采用激光焊接，速騰和途安的車身激光焊縫長度分別達(dá)到30、40m。此外，國內(nèi)自主汽車品牌的華晨、奇瑞、吉利汽車也相繼在其新車型上應(yīng)用激光焊接技術(shù)。
激光焊接的工藝參數(shù)
（1）功率密度
功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)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(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接 中，功率密度在范圍在 104~106W/cm2。 （2）激光脈沖波形
激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)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(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。
（3）激光脈沖寬度
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
（4）離焦量對焊接質(zhì)量的影響
因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)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(fù)離焦。焦平面位于工件上 方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦 時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。
激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域
激光焊接機(jī)在制造行業(yè)、粉末冶金領(lǐng)域、汽車工業(yè)、電子工業(yè)以及其他領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。
激光焊接在汽車制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，縮減如下：
目前，德國大眾汽車公司在AudiA6、GolfA4、Passat等品牌的車頂均采用激光焊接，寶馬、通用公司在車架頂部也采用激光焊接，德國奔馳公司則采用激光焊接傳動(dòng)部件。
除了激光焊接，其他激光技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用：大眾、通用、奔馳、日產(chǎn)公司應(yīng)用了激光技術(shù)切割覆蓋件，菲亞特和豐田公司應(yīng)用激光涂覆發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥，大眾公司則對發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸進(jìn)行激光表面硬化處理。
從目前國內(nèi)的情況來看，國際品牌的國產(chǎn)化車型：帕薩特、波羅、途安、奧迪、東風(fēng)標(biāo)致、福克斯等都已經(jīng)采用激光焊接技術(shù)，其中一汽大眾奧迪A6頂蓋和寶來后蓋 采用激光焊接，速騰和途安的車身激光焊縫長度分別達(dá)到30、40m。此外，國內(nèi)自主汽車品牌的華晨、奇瑞、吉利汽車也相繼在其新車型上應(yīng)用激光焊接技術(shù)。