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激光焊接機原理闡述
發(fā)布時間：2018-06-12    閱覽次數(shù)：2464 次  
激光焊接機的到來為我們的生活及工業(yè)生產(chǎn)帶來了質(zhì)的提升
！下面我們來重溫一下激光焊接機的焊接原理
！
激光焊接機的到來為我們的生活及工業(yè)生產(chǎn)帶來了質(zhì)的提升
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1,激光焊接機原理闡述;
極光焊接技術(shù)—激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱
，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴散
，將材料熔化后形成特定熔池
。它是一種新型的焊接方式
，主要針對薄壁材料、精密零件的焊接
，可實現(xiàn)點焊
、對接焊、疊焊
、密封焊等
，深寬比高，焊縫寬度小
，熱影響區(qū)小
、變形小，焊接速度快
，焊縫平整
、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理
，焊縫質(zhì)量高
，無氣孔
，可精確控制，聚焦光點小
，定位精度高
，易實現(xiàn)自動化。
 
2
，激光焊接機主要種類：
 
激光焊接機
激光焊接機
激光焊接機又常稱為激光焊機
、鐳射焊機、激光冷焊機
、激光氬焊機
、能量負反饋激光焊接機、雷射焊接機
、激光焊接設(shè)備等
。按其工作方式常可分為激光模具燒焊機（手動激光焊接設(shè)備）
、自動激光焊接機
、首飾激光焊接機、激光點焊機
、光纖傳輸激光焊接機
、振鏡焊接機、手持式焊接機等
，專用激光焊接設(shè)備有傳感器焊機
、矽鋼片激光焊接設(shè)備、鍵盤激光焊接設(shè)備
。
可焊接圖形有：點
、直線、圓
、方形或由AUTOCAD軟件繪制的任意平面圖形
。
 
3，激光焊接機參數(shù)：
 
功率密度
功率密度是加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一
。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)
，表層即可加熱至沸點
，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
，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前
，底層達到熔點
，易形成良好的熔融焊接。因此
，在傳導(dǎo)型焊接中
，功率密度在范圍在
脈沖波形
脈沖波形在焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要
。當(dāng)高強度束射至材料表面
，金屬表面將會有的能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化
。在一個脈沖作用期間內(nèi)
，金屬反射率的變化很大。
脈沖寬度
脈寬是脈沖焊接的重要參數(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)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
離焦量的影響
焊接通常需要一定的離做文章一
，因為焦點處光斑中心的功率密度過高
，容易蒸發(fā)成孔。離開焦點的各平面上
，功率密度分布相對均勻
。離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦
，反之為負離焦
。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負離焦平面與焊接平面距離相等時
，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同
，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時
，可獲得更大的熔深
，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明
，加熱材料開始熔化
，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
，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣
，在熔池中心形成凹陷
。當(dāng)負離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高
，易形成更強的熔池
。
 
4，極光焊接機應(yīng)用范圍
 
制造業(yè)
激光拼焊技術(shù)在國外轎車制造中得到廣泛應(yīng)用
，據(jù)統(tǒng)計2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線超過100條
，年產(chǎn)轎車構(gòu)件拼焊坯板7000萬件，并繼續(xù)以較高速度增長
。國內(nèi)生產(chǎn)引進車型也采用一些剪裁坯板結(jié)構(gòu)
。日本以CO2激光焊代替閃光對焊進行制鋼業(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
，顯示激光焊的廣闊前途
。日本還在世界上首次成功開發(fā)將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細管的維修等，在國內(nèi)還進行齒輪激光焊接技術(shù)
。
粉末冶金
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展
，許多工業(yè)技術(shù)上對材料特殊要求，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)點
，在某些領(lǐng)域如汽車、飛機
、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料
，隨著粉末冶金材料的日益發(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)用受到限制
。在八十年代初期，激光焊以其獨特的優(yōu)點進入粉末冶金材料加工領(lǐng)域
，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)合強度低
，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)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!
 
汽車工業(yè)
20世紀80年代后期，千瓦級激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)
，而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè)，成為汽車制造業(yè)突出的成就之一
。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(cè)框等鈑金焊接，90年代美國竟相將激光焊接引入汽車制造
，盡管起步較晚
，但發(fā)展很快。意大利在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接
，日本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(yōu)良在汽車車身制造中使用得越來越多，根據(jù)美國金屬市場統(tǒng)計
，至2002年底
，激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達到70000t比1998年增加3倍。根據(jù)汽車工業(yè)批量大
、自動化程度高的特點
，激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展
。在工藝方面美國Sandia國家實驗室與PrattWitney聯(lián)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(yīng)用光束技術(shù)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余屬有助于消除熱裂紋
，提高焊接速度
，解決公差問題，開發(fā)的生產(chǎn)線已在工廠投入生產(chǎn)
。
電子工業(yè)
激光焊接在電子工業(yè)中
，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小
、加熱集中迅速
、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中
，顯示出獨特的優(yōu)越性
，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用
，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(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
，采用傳統(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好
，得到廣泛的應(yīng)用。
生物醫(yī)學(xué)
生物組織的激光焊接始于20世紀70年代
，用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的優(yōu)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(guān)激光焊接神經(jīng)方面國內(nèi)外的研究主要集中在激光波長
、劑量及其對功能恢復(fù)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(chǔ)研究的基礎(chǔ)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(tǒng)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(yīng)，保持焊接部位的機械性質(zhì)
，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長等優(yōu)點將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用
。
其他領(lǐng)域
在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國內(nèi)進行了許多研究
，如對BT20鈦合金
、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接
，德國開發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)
。
 
5，激光焊接機主要特點：
 
激光焊接機的自動化程度高焊接工藝流程簡單
。非接觸式的操作方法能夠達到潔凈
、環(huán)保的要求。采用激光焊接機加工工件能夠提高工作效率
，成品工件外觀美觀
、焊縫小、焊接深度大
、焊接質(zhì)量高
。激光焊接機廣泛應(yīng)用于牙科義齒的加工，鍵盤焊接
，矽鋼片焊接
，傳感器焊接，電池密封蓋的焊接等等方面
。但激光焊接機的成本較高
，對工件裝配的精度要求也較高，在這些方面仍有局限性
。
 
6
，發(fā)展歷史
 
在20世界70年代以前，由于高功率連續(xù)波形(CW)激光器尚未開發(fā)出來
，所以研究重點集中在脈沖激光焊接(PW)上
。早期的激光焊接研究實驗大多數(shù)是利用紅寶石脈沖激光器，1ms脈沖典型的峰值輸出功率Pm為5KW左右，脈沖能量為1~5J
，脈沖頻率就小于等于1赫茲
。當(dāng)時雖然能夠活的較高的脈沖能量
，但這些激光器的平均輸出功率P卻相當(dāng)?shù)?div id="4qifd00" class="flower right">
，這主要是由激光器很低的工作效率和發(fā)光物質(zhì)的受激性狀決定。激光器由于具有較高的平均功率
，在它出現(xiàn)之后很快就成為點焊和縫焊的優(yōu)選設(shè)備
，其焊接過程是通過焊點搭接而進行的，直到1KW以上的連續(xù)功率波形激光器誕生以后具有真正意義的激光縫焊才得以實現(xiàn)
。
焊接自動化技術(shù)的現(xiàn)狀與展望
隨著數(shù)字化技術(shù)日益成熟
，代表處動地接技術(shù)的數(shù)字焊機、數(shù)字化控制技術(shù)業(yè)已穩(wěn)步進入市場
。三峽工程
、西氣東輸工程、航天工程
、船舶工程等國家大型基礎(chǔ)工程
，有效地促進了先進焊接特別是焊接自動化技術(shù)的發(fā)展與進步。汽車及零部件的制造對焊接的自動化程度要求日新月異
。我國焊接產(chǎn)業(yè)逐步走向“高效
、自動化、智能化”
。我國的焊接自動化率還不足30%
，同發(fā)達工業(yè)國家的80%差距甚遠。從20世紀未國家逐漸在各個行業(yè)推廣自動焊的基礎(chǔ)焊接方式——氣體保護焊
，來取代傳統(tǒng)的手工電弧焊
，已初見成效?div id="4qifd00" class="flower right">
？梢灶A(yù)計在未來
，國內(nèi)自動化焊接技術(shù)將以前所未有的速度發(fā)展。
高效
、自動化焊接技術(shù)的現(xiàn)狀
20世紀90年代
，我國焊接界把實現(xiàn)焊接過程的機械化、自動化作為戰(zhàn)略目標(biāo)
，已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實施
，在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動化，研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術(shù)
，發(fā)展應(yīng)用計算機輔助設(shè)計與制造
；藥芯焊絲由2%增長到20%；埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大
，在未來20年內(nèi)會超過實芯焊絲
，最終將成為焊接中心的主導(dǎo)產(chǎn)品。
未來的焊接自動化技術(shù)的展望
，發(fā)展趨勢
！
電子技術(shù)、計算機微電子住處和自動化技術(shù)的發(fā)展
，推動了焊接自動化技術(shù)的發(fā)展
。特別是數(shù)控技術(shù)、柔性制造技術(shù)和信息處理技術(shù)等單元技術(shù)的引入
，促進了焊接自動化技術(shù)革命性的發(fā)展
。
（1）焊接過程控制系統(tǒng)的智能化是焊接自動化的核心問題之一，也是我們未來開展研究的重要方向
。我們應(yīng)開展最佳控制方法方面的研究
，包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制
、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制
，以及專家系統(tǒng)的研究。
　?div id="4qifd00" class="flower right">
。?）焊接柔性化技術(shù)也是我們著力研究的內(nèi)容
。在未來的研究中，我們將各種光
、機
、電技術(shù)與焊接技術(shù)有機結(jié)合，以實現(xiàn)焊接的精確化和柔性化
。用微電子技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接工藝裝備
，是提高焊接自動化水平淡的根本途徑。將數(shù)控技術(shù)配以各類焊接機械設(shè)備
，以提高其柔性化水平
，是我們當(dāng)前的一個研究方向；另外
，焊接機器人與專家系統(tǒng)的結(jié)合
，實現(xiàn)自動路徑規(guī)劃、自動校正軌跡
、自動控制熔深等功能
，是我們研究的重點。
　?div id="jfovm50" class="index-wrap">。?）焊接控制系統(tǒng)的集成是人與技術(shù)的集成和焊接技術(shù)與信息技術(shù)的集成
。集成系統(tǒng)中信息流和物質(zhì)流是其重要的組成部分
，促進其有機地結(jié)合，可大大降低信息量和實時控制的要求
。注意發(fā)揮人在控制和臨機處理的響應(yīng)和判斷能力
，建立人機圣誕的友好界面，使人和自動系統(tǒng)和諧統(tǒng)一
，是集成系統(tǒng)的不可低估的因素
。
　　（4）提高焊接電源的可靠性
、質(zhì)量穩(wěn)定性和控制
，以及優(yōu)良的動感性，也是我們著重研究的課題
。開發(fā)研制具有調(diào)節(jié)電弧運動、送絲和焊槍姿態(tài)
，能探測焊縫坡開頭
、溫度場、熔池狀態(tài)
、熔透情況
，適時提供焊接規(guī)范參數(shù)的高性能焊機，并應(yīng)積極開發(fā)焊接過程的計算機模擬技術(shù)
。使焊接技術(shù)由“技藝”向“科學(xué)”演變輥實現(xiàn)焊接自動化的一個重要方面
。本世紀頭十年，將是焊接行業(yè)飛速發(fā)展的有利時期
。我們廣大焊接工作者任重而道遠
，務(wù)必樹立知難而上的決心。抓住機遇
，為我國焊接自動化水平的提高而努力奮斗
。
 
7，傳統(tǒng)焊接方法：
 
傳統(tǒng)常規(guī)電阻焊
它用來焊接薄金屬件
，在兩個電極間夾緊被焊工件通過大的電流熔化電極接觸的表面
，即通過工件電阻發(fā)熱來實施焊接。工件易變形
，電阻焊通過接頭兩邊焊合
，而激光焊只從單邊進行，電阻焊所用電極需經(jīng)常維護以清除氧化物和從工件粘連著的金屬
，激光焊接薄金屬搭接接頭時并不接觸工件
，再者光束還可進入常規(guī)焊難以焊及的區(qū)域，焊接速度快
。
傳統(tǒng)氬弧焊
使用非消耗電極與保護氣體
，常用來焊接薄工件，但焊接速度較慢，且熱輸入比激光焊大很多
，易產(chǎn)生變形
。
等離子弧焊
與氬弧類似，但其焊炬會產(chǎn)生壓縮電弧
，以提高弧溫和能量密度
，它比氬弧焊速度快、熔深大
，但遜于激光焊
。
電子束焊
它靠一束加速高能密度電子流撞擊工件，在工件表面很小密積內(nèi)產(chǎn)生巨大的熱
，形成"小孔"效應(yīng)
，從而實施深熔焊接。電子束焊的主要缺點是需要高真空環(huán)境以防止電子散射
，設(shè)備復(fù)雜
，焊件尺寸和形狀受到真空室的限制，對焊件裝配質(zhì)量要求嚴格
，非真空電子束焊也可實施
，但由于電子散射而聚焦不好影響效果。電子束焊還有磁偏移和X射線問題
，由于電子帶電
，會受磁場偏轉(zhuǎn)影響，故要求電子束焊工件焊前去磁處理
。X射線在高壓下特別強
，需對操作人員實施保護。激光焊則不需 真空室和對工件焊前進行去磁處理
，它可在大氣中進行
，也沒有防X射線問題，所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機操作
，也可焊接磁性材料
。
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