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金屬鈑金新聞

激光焊接有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?干貨篇

星之球科技 來源:網(wǎng)易2020-05-07 我要評(píng)論(0 )   

激光焊接在這個(gè)社會(huì)運(yùn)用很廣,極大程度的幫企業(yè)或者個(gè)體提升了效益,篇文以下全是干貨,請(qǐng)耐心看完哦激光焊接與其它焊接技術(shù)相比,激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是:1、速度快、深...

激光焊接在這個(gè)社會(huì)運(yùn)用很廣,極大程度的幫企業(yè)或者個(gè)體提升了效益,篇文以下全是干貨,請(qǐng)耐心看完哦

激光焊接與其它焊接技術(shù)相比,激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是:

1、速度快、深度大、變形小。

2、能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接,焊接設(shè)備裝置簡單。例如,激光通過電磁場,光束不會(huì)偏移;激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊,并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

3、可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對(duì)異性材料施焊,效果良好。

4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接時(shí),深寬比可達(dá)5:1,最高可達(dá)10:1。

5、可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑,且能精確定位,可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。(最小光斑可以到0.1mm)

6、可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠(yuǎn)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(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù),及光纖連續(xù)激光器的普及使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用,更便于自動(dòng)化集成。

7、激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光,能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工,為更精密的焊接提供了條件。

但是,激光焊接也存在著一定的局限性:

1、要求焊件裝配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因?yàn)榧す饩劢购蠊獍叱哂甏缧。缚p窄,為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求,很容易造成焊接缺憾。

2、激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高,一次性投資較大。

激光焊接原理:

激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬表面,通過激光與金屬的相互作用,使金屬熔化形成焊接。

在激光與金屬的相互作用過程中,金屬熔化僅為其中一種物理現(xiàn)象。有時(shí)光能并非主要轉(zhuǎn)化為金屬熔化,而以其它形式表現(xiàn)出來,如汽化、等離子體形成等。

然而,要實(shí)現(xiàn)良好的熔融焊接,必須使金屬熔化成為能量轉(zhuǎn)換的主要形式。

為此,必須了解激光與金屬相互作用中所產(chǎn)

生的各種物理現(xiàn)象以及這些物理現(xiàn)象與激光參數(shù)的關(guān)系,從而通過控制激光參數(shù),使激光能量絕大部分轉(zhuǎn)化為金屬熔化的能量,達(dá)到焊接的目的。


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(duì)于材料去除加工,如打

孔、切割、雕刻有利。

對(duì)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(duì)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(duì)焊接質(zhì)量的影響

激光焊接通常需要一定的離做文章,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(duì)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)正離焦時(shí),所對(duì)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)。
實(shí)驗(yàn)表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化,形成市壓蒸汽,并以極高的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。


與此同時(shí),高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。

當(dāng)負(fù)離焦時(shí),材料內(nèi)部功率密度比表面還高,易形成更強(qiáng)的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。

所以在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)要求熔深較大時(shí),采用負(fù)離焦;焊接薄材料時(shí),宜用正離焦。

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(yōu)點(diǎn)。

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(shí)用于片狀元件組裝技術(shù)。

采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點(diǎn):

1、由于是局部加熱,元件不易產(chǎn)生熱損傷,熱影響區(qū)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(fù)操作穩(wěn)定性好。焊劑對(duì)焊接工具污染小,且激光照射時(shí)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(shí)現(xiàn)分光,可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學(xué)元件進(jìn)行時(shí)間與空間分割,能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)對(duì)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(guī)方式不易焊接的部位進(jìn)行加工,靈活性好。

6、聚焦性好,易于實(shí)現(xiàn)多工位裝置的自動(dòng)化。

激光深熔焊

1、冶金過程及工藝?yán)碚?/p>

激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似,即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過“小孔”結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下,材料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。

這個(gè)充滿蒸汽的小孔猶如一個(gè)黑體,幾乎全部吸收入射光線的能量,孔腔內(nèi)平衡溫度達(dá)25000度左右。

熱量從這個(gè)高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個(gè)孔腔的金屬熔化。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態(tài)金屬四周即圍著固體材料。

孔壁外液體流動(dòng)和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動(dòng)態(tài)平衡。

光束不斷進(jìn)入小孔,小孔外材料在連續(xù)流動(dòng),隨著光束移動(dòng),小孔始終處于流動(dòng)的穩(wěn)定態(tài)。

就是說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進(jìn)速度向前移動(dòng),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(duì)激光深熔焊產(chǎn)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(hù)氣體,透鏡焦長,焦點(diǎn)位置,激光束位置,焊接起始和終止點(diǎn)的激光功率漸升、漸降控制。


3、激光深熔焊的特征及優(yōu)點(diǎn)

特征:

(1)高的深寬比。因?yàn)槿廴诮饘賴鴪A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?yàn)樵辞粶囟群芨撸刍^程發(fā)生得極快,輸入工件熱量極低,熱變形和熱影響區(qū)很小。

(3)高致密性。因?yàn)槌錆M高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池?cái)嚢韬蜌怏w逸出,導(dǎo)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(xì)化。

(4)強(qiáng)固焊縫。

(5)精確控制。

(6)非接觸,大氣焊接過程。

優(yōu)點(diǎn):

(1)由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度,導(dǎo)致焊接速度快,熱影響區(qū)和變形都較小,還可以焊接鈦、石英等難焊材料。

(2)因?yàn)楣馐菀讉鬏敽涂刂疲植恍枰?jīng)常更換焊炬、噴嘴,顯著減少停機(jī)輔助時(shí)間,所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。

(3)由于純化作用和高的冷卻速度,焊縫強(qiáng),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(fèi)用。另外,激光焊接的動(dòng)轉(zhuǎn)費(fèi)用也比較低,可以降低生產(chǎn)成本。

(5)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效的控制。


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