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激光焊�
閱讀�4837�(shí)間:2011-08-26 14:14:31

  激光焊接是利用激光光束聚焦產(chǎn)生的巨大能量來�(jìn)行焊接的技�(shù),從開始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在工業(yè)生產(chǎn)中的大量的應(yīng)�,經(jīng)歷了�40年的�(fā)展。由于激光焊接具有能量密度高、變形小、熱影響區(qū)�、焊 接速度�、易�(shí)�(xiàn)自動(dòng)控制、無后續(xù)加工的優(yōu)�(diǎn),近年來 正成為金屬材料加工與制造的重要手段,越來越廣泛地應(yīng) 用在汽車、航空航�、國防工�(yè)、造船、海洋工�、核� �(shè)備等�(lǐng)域,所涉及的材料涵蓋了幾乎所有的金屬材料�

原理

  激光焊接是將高�(qiáng)度的激光束輻射至金屬表�,通過激光與金屬的相互作用,使金屬熔化形成焊�。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)�。有�(shí)光能并非主要�(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�,要�(shí)�(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�(chǎn)生的各種物理�(xiàn)象以及這些物理�(xiàn)象與激光參�(shù)的關(guān)�,從而通過控制激光參�(shù),使激光能量絕大部分轉(zhuǎn)化為金屬熔化的能�,達(dá)到焊接的目的�

特�

  與其它傳�(tǒng)焊接技�(shù)相比,激光焊接的主要�(yōu)�(diǎn)是:

  1、速度快、深度大、變形小�

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

  3、可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對(duì)異性材料施�,效果良��

  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,可�(dá)10�1�

  5、可�(jìn)行微型焊接。激光束�(jīng)聚焦后可獲得很小的光�,且能精確定位,可應(yīng)用于大批量自�(dòng)化生�(chǎn)的微、小型工件的組焊��

  6、可焊接難以接近的部�,施行非接觸�(yuǎn)距離焊接,具有很大的靈活�。尤其是近幾年來� 在YAG激光加工技�(shù)中采用了光纖傳輸技�(shù),使激光焊接技�(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)��

  7、激光束易實(shí)�(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光,能�(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��

  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�?yàn)榧す饩劢购蠊獍叱哂甏�?,焊縫窄,為加填充金屬材�。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��

工藝方法

  1、片與片間的焊接�

  包括�(duì)�、端�、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊�4種工藝方��

  2、絲與絲的焊��

  包括絲與絲對(duì)�、交叉焊、平行搭接焊、T型焊�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�(shí)�(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接,塊狀元件的尺寸可以任�。在焊接中應(yīng)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(shù)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�

�(yīng)�

  1、制造業(yè)�(yīng)�

  激光拼�(TailoredBlandLaserWelding)技�(shù)在國外轎車制造中得到廣泛的應(yīng)�,據(jù)�(tǒng)�(jì)�2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生�(chǎn)線超�100�,年�(chǎn)轎車�(gòu)件拼焊坯�7000萬件,并繼續(xù)以較高速度增長。國�(nèi)生產(chǎn)的引�(jìn)車型Passat,Buick,Audi等也采用了一些剪裁坯板結(jié)�(gòu)。日本以CO2激光焊代替了閃光對(duì)焊�(jìn)行制鋼業(yè)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。日本還在世界上首次成功開發(fā)了將YAG激光焊用于核反�(yīng)堆中蒸氣�(fā)生器�(xì)管的維修�,在國內(nèi)蘇寶蓉等還�(jìn)行了齒輪的激光焊接技�(shù)�

  2、粉末冶金領(lǐng)�

  隨著科學(xué)技�(shù)的不斷發(fā)�,許多工�(yè)技�(shù)上對(duì)材料特殊要求,應(yīng)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(yōu)�(diǎn),在某些�(lǐng)域如汽車、飛�(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳�(tǒng)的冶鑄材�,隨著粉末冶金材料的日益�(fā)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(yīng)用受到限�。在八十年代初期,激光焊以其�(dú)特的�(yōu)�(diǎn)�(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)�,為粉末冶金材料的應(yīng)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(jié)合強(qiáng)度低,熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫�,采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能�

  3、汽車工�(yè)

  20世紀(jì)80年代后期,千瓦級(jí)激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),而今激光焊接生�(chǎn)線已大規(guī)模出�(xiàn)在汽車制造業(yè),成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。德國奧�、奔馳、大�、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車�、車�、側(cè)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�,盡管起步較�,但�(fā)展很快。意大利菲亞特在大多�(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊�,日本的日產(chǎn)、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�(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能�(yōu)良在汽車車身制造中使用得越來越�,根�(jù)美國金屬市場�(tǒng)�(jì),至2002年底,激光焊接鋼�(jié)�(gòu)的消耗將�(dá)�70000t�1998年增�3倍。根�(jù)汽車工業(yè)批量�、自�(dòng)化程度高的特�(diǎn),激光焊接設(shè)備向大功�、多路式方向�(fā)�。在工藝方面美國Sandia國家�(shí)�(yàn)室與PrattWitney�(lián)合�(jìn)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(yīng)用光束技�(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方面�(jìn)行了大量的研�,認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂�,提高焊接速度,解決公差問�,開�(fā)的生�(chǎn)線已在奔馳公司的工廠投入生產(chǎn)�

  4、電子工�(yè)

  激光焊接在電子工業(yè)�,特別是微電子工�(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅�、熱�(yīng)力低,因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝�,顯示出�(dú)特的�(yōu)越�,在真空器件研制中,激光焊接也得到了應(yīng)�,如鉬聚焦極與不銹鋼支持�(huán)、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�(tǒng)焊接方法難以解決,TIG焊容易焊穿,等離子穩(wěn)定性差,影響因素多而采用激光焊接效果很�,得到廣泛的�(yīng)用�

  5、生物醫(yī)�(xué)

  生物組織的激光焊接始�20世紀(jì)70年代,Klink等及jain[13]用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的�(yōu)越性,使更多研究者嘗試焊接各種生物組�,并推廣到其他組織的焊接。有�(guān)激光焊接神�(jīng)方面目前國內(nèi)外的研究主要集中在激光波�、劑量及其對(duì)功能恢復(fù)以及激光焊料的選擇等方面的研究,劉銅軍�(jìn)行了激光焊接小血管及皮膚等基�(chǔ)研究的基�(chǔ)上又�(duì)大白鼠膽總管�(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與傳統(tǒng)的縫合方法比較,激光焊接具有吻合速度�,愈合過程中沒有異物反應(yīng),保持焊接部位的�(jī)械性質(zhì),被修復(fù)組織按其原生物力�(xué)性狀生長等優(yōu)�(diǎn)將在以后的生物醫(yī)�(xué)中得到更廣泛的應(yīng)��

  6、其他領(lǐng)�

  在其他行�(yè)�,激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國�(nèi)�(jìn)行了許多研究,如�(duì)BT20鈦合�、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊�,德國玻璃機(jī)械制造商GlamacoCoswig公司與IFW接合技�(shù)與材料實(shí)�(yàn)研究院合作開�(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技�(shù)�

  3、金屬絲與塊狀元件的焊��

  采用激光焊接可以成功的�(shí)�(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接,塊狀元件的尺寸可以任�。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺��

  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(shù)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�

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