信息來源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-04-12
東莞盈創(chuàng)激光科技有限公司，?激光是20世紀以來,繼原子能、計算機、半導體之后,人類的又一重大發(fā)明.激光指在能量相應于兩個能級能量差的光子作用下,誘導在高能態(tài)的原子向低能態(tài)躍遷,并同時發(fā)射出相同能量的光子.其產(chǎn)生的基本條件包括泵浦源、激活介質和諧振腔等.激光具有方向性好、單色性好、相干性好和光脈沖可以極窄的特點.
激光焊接是激光加工技術應用的重要方面之一.激光焊接技術的發(fā)展歷經(jīng)了固體受激物質→氣體受激物質→固體受激物質、脈沖激光焊接→連續(xù)激光焊接、低功率→高功率、薄板→厚件、低速→高速、低頻→高頻及低效→高效的歷史.激光焊接技術以其獨具的深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區(qū)小、變形小,焊接速度快,焊縫質量高,無氣孔,可精確控制,聚焦光點小,定位精度高,易實現(xiàn)自動化等優(yōu)點,在各種加工制造業(yè)中得到了高度重視.
? 1激光焊接技術
激光焊接是以高功率聚焦的激光束為熱源,熔化材料形成焊接接頭的高精度高效率焊接方法.激光技術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,當高強度激光束照射在材料表面上時,部分光能將被材料吸收而轉變成熱能,使材料熔化,從而達到焊接的目的.一般要根據(jù)金屬材料的光學性質（如反射和吸收）和熱學性質（如熔點、熱傳導率、熱擴散率、熔化潛熱等）來決定所使用的激光的功率密度和脈寬等,對普通金屬來說,光強吸收系數(shù)大約在105～109cm-1數(shù)量級.如果激光的功率密度為105～109瓦/cm2,則在金屬表面的穿透深度為微米數(shù)量級.為避免焊接時產(chǎn)生金屬飛濺或陷坑,要控制激光功率密度,使金屬表面溫度維持在沸點附近.對一般金屬,激光功率密度常取105～106瓦/cm2左右.
1.1激光焊接技術的種類
激光焊接分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接兩大類.脈沖激光焊特別適用于對電子工業(yè)和儀表工業(yè)微形件的焊接,可以實現(xiàn)薄片（012mm以上）、薄膜（幾微米到幾十微米）、絲與絲（直徑0102）012mm）、密封縫焊和異種金屬、異種材料的焊接,如集成電路外引線和內(nèi)引線（硅片上蒸鍍有118Lm的鋁膜和50Lm厚鋁箔間）的焊接,微波器件中速調管的鉭片和鉬片的焊接,零點幾毫米不銹鋼、銅、鎳、鉭等金屬絲的對接、重迭、十字接、T字接,密封性微型繼電器、石英晶體器件外殼和航空儀表零件的焊接等.
連續(xù)激光焊接主要使用大功率CO2氣體激光器,適合于從薄板精密焊到50mm厚板深穿入焊的各種焊接.
1.2激光焊接技術的特點
激光焊接技術具有的優(yōu)勢主要集中在以下幾個方面：
（1）能量密度大且放出極其迅速,在高速加工中能避免熱損傷和焊接變形,可進行精密零件、熱敏感性材料加工.
（2）被焊材料不易氧化,可以在大氣中焊接,不需要氣體保護或真空環(huán)境.
（3）激光可對絕緣材料直接焊接,對異種金屬材料焊接比較容易,甚至能把金屬與非金屬焊接在一起.
（4）激光焊接裝置不需要與被焊接工件接觸.激光束可用反射鏡或偏轉棱鏡將其在任何方向上彎曲或聚焦,還可用光導纖維將其引到難以接近的部位進行焊接.激光還可以穿過透明材料進行聚焦,因此可以焊接一般方法難以接近的接頭或無法安置的接焊點,如真空管中電極的焊接.
（5）激光束不會帶來任何磨損,且能長時間穩(wěn)定工作.
1.3激光焊接技術不足之處
激光焊接也存在不足,包括激光器及用于激光束傳導和聚集的附屬系統(tǒng)成本過高,操作成本也很高,特別是需要大量昂貴保護氣體（如氦等）的應用場合.激光束的緊密聚集、熱量向工件的有效傳遞以及狹小的熱影響區(qū)等優(yōu)點,也帶來了接頭裝配的難題,很小的組裝偏差就會導致焊接條件較大的變化,甚至很窄的間隙（≤0.1mm）也能引起激光輻射耦合的缺陷和熱效率的降低.高反射率材料（如鋁、銅等）的激光焊接,如要減少反射,則需要仔細優(yōu)化激光輻射的條件,必要時還需采用涂層材料.同時,這些金屬的熱導率較大,在焊接啟動時應使用較高的激光能量密度,這有時會導致激光反射回激光器,從而引起光學元件的損壞.構件在焊接
過程中的裝配偏差也可能引起激光束具有危險性的反射.
2技工焊接技術應用領域
2.1制造業(yè)應用
激光拼焊（TailoredBlandLaserWelding）技術在國外轎車制造中得到廣泛的應用,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)的引進車型Passat,Buick,Audi等也采用了一些剪裁坯板結構.日本以CO2激光焊代替了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激光焊用于核反應堆中蒸氣發(fā)生器細管的維修等,在國內(nèi)蘇寶蓉等還進行了齒輪的激光焊接技術.
2.2粉末冶金領域
隨著科學技術的不斷發(fā)展,許多工業(yè)技術上對材料特殊要求,應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域,為粉末冶金材料的應用開辟了新的前景,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,由于結合強度低,熱影響區(qū)寬特別是不能適應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及耐高溫性能.
2.3汽車工業(yè)
20世紀80年代后期,千瓦級激光成功應用于工業(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.德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等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造,盡管起步較晚,但發(fā)展很快.意大利菲亞特在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接,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,激光焊接鋼結構的消耗將達到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,德國不萊梅應用光束技術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)線已在奔馳公司的工廠投入生產(chǎn).
2.4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)中得到了廣泛的應用.由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅速、熱應力低,因而正在集成電路和半導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,得到廣泛的應用.
