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軌道交通新聞

激光焊接的工藝和技術

fun88网页下载通訊員 來源:廣東(dong) 星之球2010-12-17 我要評論(0 )   

一、 激光焊接 的工藝參數: 1、功率密度。 功率密度是 激光加工 中 最關(guan) 鍵的參數之一。采用較高的功率密度,在微秒時間範圍內(nei) ,表層即可加熱至沸點,產(chan) 生大量汽化。因...

一、激光焊接的工藝參數:

 1、功率密度。 功率密度是激光加工(laser oem)中 最關(guan) 鍵的參數之一。采用較高的功率密度,在微秒時間範圍內(nei) ,表層即可加熱至沸點,產(chan) 生大量汽化。因此,高功率密度對於(yu) 材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有 利。對於(yu) 較低功率密度,表層溫度達到沸點需要經曆數毫秒,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(chuan) 導型激光焊接中,功率密度在範圍 在104~106W/cm2。
 2、激光脈衝(chong) 波形。 激光脈衝(chong) 波形在激光焊接中是一個(ge) 重要問題,尤其對於(yu) 薄片焊接更為(wei) 重要。當高強度激光束射至材料表麵,金屬表麵將會(hui) 有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表麵溫度變化。在一個(ge) 激光脈衝(chong) 作用期間內(nei) ,金屬反射率的變化很大。
 3、激光脈衝(chong) 寬度。 脈寬是脈衝(chong) 激光焊接的重要參數之一,它既是區別於(yu) 材料去除和材料熔化的重要參數,也是決(jue) 定加工設備造價(jia) 及體(ti) 積的關(guan) 鍵參數。
 4、 離焦量對焊接質量的影響。 激光焊接通常需要一定的離做文章一,因為(wei) 激光焦點處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發成孔。離開激光焦點的各平麵上,功率密度分布相對均勻。 離焦方式有兩(liang) 種:正離焦與(yu) 負離焦。焦平麵位於(yu) 工件上方為(wei) 正離焦,反之為(wei) 負離焦。按幾何光學理論,當正負離做文章一相等時,所對應平麵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(yu) 熔池的形成過程有關(guan) 。實驗表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬並 出現問分汽化,形成市壓蒸汽,並以極高的速度噴射,發出耀眼的白光。與(yu) 此同時,高濃度汽體(ti) 使液相金屬運動至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當負離焦時,材 料內(nei) 部功率密度比表麵還高,易形成更強的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳(chuan) 遞。所以在實際應用中,當要求熔深較大時,采用負離焦;焊接薄材料時,宜用正離 焦。


 
二、激光焊接工藝方法:

 1、片與(yu) 片間的焊接。包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4種工藝方法。
 2、絲(si) 與(yu) 絲(si) 的焊接。包括絲(si) 與(yu) 絲(si) 對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。
 3、金屬絲(si) 與(yu) 塊狀元件的焊接。采用激光焊接可以成功的實現金屬絲(si) 與(yu) 塊狀元件的連接,塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應注意絲(si) 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(jue) 可焊性與(yu) 可焊參數範圍。不同材料之間的激光焊接隻有某些特定的材料組合才有可能。 激光釺焊 有些元件的連接不宜采用激光熔焊,但可利用激光作為(wei) 熱源,施行軟釺焊與(yu) 硬釺焊,同樣具有激光熔焊的優(you) 點。采用釺焊的方式有多種,其中,激光軟釺焊主要用於(yu) 印刷電路板的焊接,尤其實用於(yu) 片狀元件組裝技術。
 
三、采用激光軟釺焊與(yu) 其它方式相比有以下優(you) 點: 

 1、由於(yu) 是局部加熱,元件不易產(chan) 生熱損傷(shang) ,熱影響區小,因此可在熱敏元件附近施行軟釺焊。
 2、用非接觸加熱,熔化帶寬,不需要任何輔助工具,可在雙麵印刷電路板上雙麵元件裝備後加工。
 3、重複操作穩定性好。焊劑對焊接工具汙染小,且激光照射時間和輸出功率易於(yu) 控製,激光釺焊成品率高。
 4、激光束易於(yu) 實現分光,可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學元件進行時間與(yu) 空間分割,能實現多點同時對稱焊。
 5、激光釺焊多用波長1.06um的激光作為(wei) 熱源,可用光纖傳(chuan) 輸,因此可在常規方式不易焊接的部位進行加工,靈活性好。
 6、聚焦性好,易於(yu) 實現多工位裝置的自動化。 
 
四、激光深熔焊: 

 1、 冶金過程及工藝理論。激光深熔焊冶金物理過程與(yu) 電子束焊極為(wei) 相似,即能量轉換機製是通過“小孔”結構來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下,材料產(chan) 生蒸 發形成小孔。這個(ge) 充滿蒸汽的小孔猶如一個(ge) 黑體(ti) ,幾乎全部吸收入射光線的能量,孔腔內(nei) 平衡溫度達25000度左右。熱量從(cong) 這個(ge) 高溫孔腔外壁傳(chuan) 遞出來,使包圍 著這個(ge) 孔腔的金屬熔化。小孔內(nei) 充滿在光束照射下壁體(ti) 材料連續蒸發產(chan) 生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態金屬四周即圍著固體(ti) 材料。孔壁外液體(ti) 流動和 壁層表麵張力與(yu) 孔腔內(nei) 連續產(chan) 生的蒸汽壓力相持並保持著動態平衡。光束不斷進入小孔,小孔外材料在連續流動,隨著光束移動,小孔始終處於(yu) 流動的穩定態。就是 說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動,熔融金屬填充著小孔移開後留下的空隙並隨之冷凝,焊縫於(yu) 是形成。 

 2、影響因素。對激光深熔焊產(chan) 生影響的因素包括:激光功率,激光束直徑,材料吸收率,焊接速度,保護氣體(ti) ,透鏡焦長,焦點位置,激光束位置,焊接起始和終止點的激光功率漸升、漸降控製。
 3、激光深熔焊的特征:
特 征:(1)高的深寬比。因為(wei) 熔融金屬圍著圓柱形高溫蒸汽腔體(ti) 形成並延伸向工件,焊縫就變得深而窄。(2)最小熱輸入。因為(wei) 源腔溫度很高,熔化過程發生得極 快,輸入工件熱量極低,熱變形和熱影響區很小。(3)高致密性。因為(wei) 充滿高溫蒸汽的小孔有利於(yu) 熔接熔池攪拌和氣體(ti) 逸出,導致生成無氣孔熔透焊接。焊後高的 冷卻速度又易使焊縫組織微細化。(4)強固焊縫。(5)精確控製。(6)非接觸,大氣焊接過程。
 
 4、激光深熔焊的優(you) 點:(1)由於(yu) 聚焦激光束比常規方法具有高得多的功率密度,導致焊接速度快,熱影響區和變形都較小,還可以焊接鈦、石英等難焊材料。(2)因為(wei) 光束容易傳(chuan) 輸和控製,又不 需要經常更換焊炬、噴嘴,顯著減少停機輔助時間,所以有荷係數和生產(chan) 效率都高。(3)由於(yu) 純化作用和高的冷卻速度,焊縫強,綜合性能高。(4)由於(yu) 平衡熱 輸入低,加工精度高,可減少再加工費用。另外,激光焊接的動轉費用也比較低,可以降低生產(chan) 成本。(5)容易實現自動化,對光束強度與(yu) 精細定位能進行有效的 控製。
 
 5、激光深熔焊設備:激光深熔焊通常選用連續波CO2激光器, 這類激光器能維持足夠高的輸出功率,產(chan) 生“小孔”效應,熔透整個(ge) 工件截麵,形成強韌的焊接接頭。 就激光器本身而言,它隻是一個(ge) 能產(chan) 生可作為(wei) 熱源、方向性好的平行光束的裝置。如果把它導向和有效處理後射向工件,其輸入功率就具有強的相容性,使之能更好 的適應自動化過程。 為(wei) 了有效實施焊接,激光器和其他一些必要的光學、機械以及控製部件一起共同組成一個(ge) 大的焊接係統。這個(ge) 係統包括激光器、光束傳(chuan) 輸組件、工件的裝卸和移動裝 置,還有控製裝置。這個(ge) 係統可以是僅(jin) 由操作者簡單地手工搬運和固定工件,也可以是包括工件能自動的裝、卸、固定、焊接、檢驗。這個(ge) 係統的設計和實施的總要 求是可獲得滿意的焊接質量和高的生產(chan) 效率。 
 
五、鋼鐵材料的激光焊接: 

 1、碳鋼 及普通合金鋼的激光焊接。總的說,碳鋼激光焊接效果良好,其焊接質量取決(jue) 於(yu) 雜質含量。就象其它焊接工藝一樣,硫和磷是產(chan) 生焊接裂紋的敏感因素。為(wei) 了獲得滿 意的焊接質量,碳含量超過0.25%時需要預熱。當不同含碳量的鋼相互焊接時,焊炬可稍偏向低碳材料一邊,以確保接頭質量。 低碳沸騰鋼由於(yu) 硫、磷的含量高,並不適合激光焊接。低碳鎮靜鋼由於(yu) 低的雜質含量,焊接效果就很好。 中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進行良好的激光焊接,但需要預熱和焊後處理,以消除應力,避免裂紋形成。
 2、不鏽鋼的激光焊接。 一般的情況下,不鏽鋼激光焊接比常規焊接更易於(yu) 獲得優(you) 質接頭。由於(yu) 高的焊接速度熱影響區很小,敏化不成為(wei) 重要問題。與(yu) 碳鋼相比,不鏽鋼低的熱導係數更易於(yu) 獲得深熔窄焊縫。
 3、 不同金屬之間的激光焊接。 激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區,為(wei) 許多不同金屬焊接融化後有不同結構的材料相容創造了有利條件。現已證明以下金屬可以順利進行激光深熔焊接:不 鏽鋼~低碳鋼,416不鏽鋼~310不鏽鋼,347不鏽鋼~HASTALLY鎳合金,鎳電極~冷鍛鋼,不同鎳含量的雙金屬帶。

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