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激光焊接工藝原理及特點

时间:2021-03-03     作者:杭州御牧自動化設備有限公司【原创】

一、激光焊原理

激光焊采用激光作為焊接熱源,機器人作為運動系統。激光熱源的特殊優勢在于,它有著超乎尋常的加熱能力,能把大量的能量集中在很小的作用點上,所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快及焊接變形小等特點,可實現薄板的快速連接。

當激光光斑上的功率密度足夠大( >106 W/ cm2 )時,金屬在激光的照射下迅速加熱,其表面溫度在極短的時間內升高至沸點,金屬發生氣化。金屬蒸氣以一定的速度離開金屬熔池的表面,產生一個附加應力反作用于熔化的金屬,使其向下凹陷,在激光斑下產生一個小凹坑。隨著加熱過程的進行,激光可以直接射入坑底,形成一個細長的“小孔”。當金屬蒸氣的反沖壓力與液態金屬的表面張力和重力平衡后,小孔不再繼續深入。光斑密度很大時,所產生的小孔將貫穿于整個板厚,形成深穿透焊縫。小孔隨著光束相對于工件而沿著焊接方向前進。金屬在小孔前方熔化,繞過小孔流向后方,重新凝固形成的焊縫。

二、激光焊接方法的特點

激光焊接方法具有如下特點:

(1)能量密度高、適合于高速焊接。

(2)焊接時間短、材料本身的熱變形及熱影響區小,尤其適合高熔點、高硬度加工。

(3)無電極、工具等的磨損消耗。

(4)對環境無污染。

(5)可通過光纖實現遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接。

(6)很容易改變激光輸出焦距及焊點位置。

(7)很容易搭載到機器人裝置上。

激光復合焊接技術具有顯著的優點。對于激光復合焊接,優點主要體現在: 無燒穿時焊縫背面下垂的現象,適用范圍更廣;對于激光- MIG 焊接,優點主要體現在: 較高的焊接速度、熔焊深度大、產生的焊接熱少、焊縫的強度高、焊縫寬度小及焊縫凸出小,從而使得整個系統的生產過程穩定性好,設備可用性好及焊縫準備工作量和焊接后焊縫處理工作量小,焊接生產工時短、費用低、生產效率高。

三、激光- 電弧復合熱源焊接的主要形式

1. 激光- TIG 復合焊接

激光與TIG 復合焊接的特點是:

(1)利用電弧增強激光作用,可用小功率激光器代替大功率激光器焊接金屬材料。

(2)在焊接薄件時可高速焊接。

(3) 可增加熔深,改善焊縫成形,獲得優質焊接接頭。

(4)可以緩和母材端面接口精度要求。

例如,當CO2 激光功率為0. 8kW,TIG 電弧的電流為90A ,焊接速度2m/ min 時,可相當5kW 的CO2 激光焊機的焊接能力,5kW 的CO2 激光束與300A 的TIG 電弧復合,焊接速度0. 5 ~5m/ min 時,獲得的熔深是單獨使用5kW 的CO2 激光束焊接時的1. 3 ~1. 6 倍。

2. 激光- 等離子弧復合焊接

激光等離子復合焊接采用如圖3 所示的同軸方式。等離子弧由環狀電極產生,激光束從等離子弧的中間穿過,等離子弧主要有兩個功能: 一方面為激光焊接提供額外的能量,提高焊接速度,進而提高整個焊接過程的效率;另一方面等離子弧環繞在激光周圍,可以產生熱處理的效果,延長冷卻時間,也就減少了硬化和殘余應力的敏感性,改善了焊縫的微觀組織性能。

3. 激光- MIG 復合焊接

激光- MIG 復合焊的基本原理如圖4 所示。除了電弧向焊接區輸入能量外,激光也向焊縫金屬輸入熱量。激光復合焊技術并不是兩種焊接方法依次作用,而是兩種焊接方法同時作用于焊接區。激光和電弧在不同程度和形式上影響復合焊接的性能。在激光- MIG 復合焊接時,揮


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