對接焊、搭接焊、填絲(si) 焊——焊接術語的範圍和這個(ge) 技術本身一樣廣泛多變。激光焊接和激光釺焊是熱接縫方法中的兩(liang) 種標準化的接縫工藝。

 

激光器的優(you) 勢

 

與(yu) 傳(chuan) 統的電弧焊接工藝相比，激光束接縫有很多好處：

 

小區域內(nei) 選擇性的能量應用：降低熱應力和減小熱影響區，極低的畸變

 

接合縫窄、表麵平滑：降低甚至消滅再加工

 

高強度與(yu) 低焊接體(ti) 積結合：焊接後的工件可以經受彎曲或者液壓成形

 

易於(yu) 集成：可與(yu) 其他生產(chan) 操作結合，例如對準或者彎曲

 

接縫隻有一邊需要接近

 

高工藝速度縮短加工時間

 

特別適用於(yu) 自動化技術

 

良好的程序控製：機床控製和傳(chuan) 感器係統檢測工藝參數並保證質量

 

激光束可以不接觸工件表麵或者不對工件施加力的情況下產(chan) 生焊點

 

焊接和釺焊金屬

 

圖1 熱傳(chuan) 導焊接中，表麵被熔化

 

激光束可以在金屬表麵連接工件或者產(chan) 生深焊縫，也可以和傳(chuan) 統的焊接方法相結合或用作釺焊。

 

1熱傳(chuan) 導焊接

 

熱傳(chuan) 導焊接中，激光束沿著共同的接縫熔化相配零件，熔融材料流到一起並凝固，產(chan) 生一個(ge) 不需要任何額外研磨或精加工的平滑、圓形的焊縫。

 

圖2 深熔焊產(chan) 生一個(ge) 充滿蒸氣的孔，或者叫小孔效應

 

熱傳(chuan) 導焊接深度範圍在僅(jin) 僅(jin) 幾十分之一毫米到一毫米。金屬的熱導率限製了最大的焊接深度，焊接點的寬度總是大於(yu) 它的深度。

 

圖3 變速器部件的深熔焊

 

圖4 顯微鏡下觀察到的激光焊接橫截麵

 

如果熱量不能迅速地散去，加工溫度就會(hui) 上升到氣化溫度以上，金屬蒸氣形成，焊接深度急劇增加，工藝變成了深熔焊。

 

2深熔焊

 

深熔焊需要大約 1 MW/cm2的極高功率密度。激光束熔化金屬的同時產(chan) 生蒸氣，蒸氣在熔融金屬上施加壓力並部分取代它，同時，材料繼續熔化，產(chan) 生一個(ge) 深、窄、充滿蒸氣的孔，即小孔效應。激光束沿著焊縫前進，小孔隨之移動，熔融金屬環流小孔並在其軌跡內(nei) 凝固，產(chan) 生一個(ge) 深、窄的內(nei) 部結構均勻的焊接，焊接深度可能比焊接寬度的大十倍，達到25mm 或者更深。

 

深熔焊的特征在於(yu) 高效率和快速的焊接速度，熱影響區很小，畸變可控製在最低限度，常用於(yu) 需要深熔焊接或者多層材料需要同時焊接的應用中。

 

3活躍氣體(ti) 和保護氣體(ti)

 

活躍氣體(ti) 和保護氣體(ti) 在焊接過程中輔助激光束。

 

活躍氣體(ti) 用於(yu) CO2激光器焊接，以防止工件表麵形成等離子體(ti) 雲(yun) 阻礙激光束。

 

保護氣體(ti) 用以保護焊接表麵不受環境空氣影響，保護氣體(ti) 到工件的流動是非湍流的(層流)。

 

4填充材料

 

填充材料通常以絲(si) 或者粉末添加到要被連接的點上。其作用：

 

1. 填補過寬或不規則的縫隙，減少接縫準備所需的工作量。

 

2. 填充物以特定形式的成分添加到熔融金屬上從(cong) 而改變材料的焊接適用性、強度、耐久性和抗腐蝕性等。

 

5複合焊接技術

 

複合焊接技術是指激光焊接和其他焊接方法相結合的工藝。可兼容的工藝是 MIG(惰性氣體(ti) 保護焊)或者 MAG(活性氣體(ti) 保護焊)焊接，TIG(鎢極惰性氣體(ti) 焊接)或者等離子體(ti) 焊接。複合焊接技術比單獨的 MIG 焊接更快、零件變形更少。

 

6激光釺焊

 

激光釺焊中，相配零件通過填充材料或者釺料連接在一起。釺料的熔化溫度低於(yu) 母材的熔化溫度，在釺焊過程中隻有釺料被熔化，相配零件僅(jin) 被加熱。釺料熔化流入到零件之間的缺口並與(yu) 工件表麵結合(擴散結合)。

 

釺焊接頭強度和焊料材料一樣，接縫表麵平滑清潔，無需精加工，常用於(yu) 汽車車身加工，比如後備箱蓋或者車頂。

 

圖5 使用填充焊絲(si) ，活躍氣體(ti) 和保護氣體(ti) 的激光焊接

 

傳(chuan) 感器

 

傳(chuan) 感器用於(yu) 檢測和調節某些參數，包括工作距離、激光束在接縫間隙的位置、光學透鏡調整角度以及填充材料的數量，以保證零件加工過程中的焊接質量，並且檢測出劣質的零件。

 

1焊縫跟蹤

 

當激光束用來焊接材料中的對接接頭時，追蹤接縫間隙軌跡和正確定位激光束，確保激光束保持在接縫間隙的同一個(ge) 位置。

 

2保持監視整個(ge) 過程

 

可以將傳(chuan) 感器係統結合來實現對焊接過程更全麵的監測。包括“焊接前”、“焊接內(nei) ”、“焊接後”傳(chuan) 感器。

 

焊接前傳(chuan) 感器位於(yu) 焊點之前追蹤焊縫和定位激光束。焊接中傳(chuan) 感器在焊接中使用照相機或者二極管檢測焊接過程，基於(yu) 相機的係統分析鎖眼和焊接池，采用二極管的係統能夠檢測加工光、熱輻射或者反射激光的強度。焊接後傳(chuan) 感器檢查完成的焊點，確定焊點是否符合質量要求。

 

傳(chuan) 感器依靠程序化的極限值來區別零件的優(you) 劣。

 

激光焊接機

 

激光焊接機的設計取決(jue) 於(yu) 很多因素，如工件形狀、焊接幾何結構、焊接類型、生產(chan) 量、生產(chan) 自動化程度，以及工藝和材料等等。

 

1人工焊接

 

小型工件通常采用手動工作站執行焊接工作，例如焊接珠寶或者修複工具。

 

2 應用

 

有時候，激光束隻需要沿著單一的移動軸焊接。比如使用縫焊接機或者管焊接係統進行管材焊接或者縫焊接。

 

3 係統和機器人

 

激光束通常連接以立體(ti) 焊接幾何結構為(wei) 特征的三維零件。采用五軸基於(yu) 坐標的激光單元和一組可移動的光學配件。

 

4掃描振鏡或者遠程焊接

 

掃描振鏡在離工件很遠的距離引導激光束，而在其他焊接方法中，光學透鏡是在離工件很近的距離引導激光束。

 

掃描振鏡依靠一個(ge) 或者兩(liang) 個(ge) 可移動的反射鏡，快速定位激光束，使得複位焊縫之間的光束所需時間接近為(wei) 0，從(cong) 而提高產(chan) 能，適用於(yu) 生產(chan) 大量的短焊縫，並可以優(you) 化焊接順序來保證最小的熱量輸入和畸變。

 

5遠程焊接係統

 

遠程焊接係統有兩(liang) 種實現方式。第一種是一個(ge) 遠程焊接係統。工件放置在掃描光學振鏡下工作區域內(nei) ，然後被焊接。在短時間內(nei) 焊接大量零件時，在光學振鏡下通過機器連續不斷地運輸零件，這個(ge) 過程被稱作飛行焊接。

 

第二種是承載掃描光學振鏡的機器人執行大的移動量，同時，掃描光學振鏡保證激光束沿著工件來回移動時的精密定位。機器控製同步機器人和掃描光學透鏡的重疊移動，它測量機器人幾毫米內(nei) 的精確的空間位置，控製係統將測量的位置與(yu) 程序路徑對比。如果檢測到偏差，就會(hui) 通過掃描光學振鏡進行補償(chang) 控製。

 

激光焊接將變得更容易

 

激光焊接工藝開發了大範圍的應用可能性。高質量、極小的再加工、低成本效益成為(wei) 大力推廣激光焊接工藝的有力論據。未來激光焊接工藝會(hui) 變成像激光切割那樣成熟。