激光焊接可以用單獨的激光脈衝(chong) 或者在連續波運行模式下進行連接作業(ye) 。

焊縫形狀表明了對接工件的邊緣如何相互接合。例如既可以是相互重疊,也可以是相互對接。焊縫是否連續,或者是否由各個(ge) 單獨的焊縫組成?焊縫是否由很多短線條或者小圓圈組成?對於(yu) 判斷焊縫類型適用的標準是:焊縫必須達到要求的強度,不得向工件傳(chuan) 導太多熱量。

不同的焊縫類型要求激光源以不同的運行模式運行。
連續波運行模式
在這個(ge) 運行模式下,活性介質被不斷激勵,產(chan) 生了連續的激光束。
脈衝(chong) 運行模式
相反,在脈衝(chong) 運行模式下,活性介質不是被連續地,而是被脈動地激發。由此產(chan) 生了時間上斷斷續續的激光束。此時,激光材料加工的重要參數包括激光脈衝(chong) 的周期和能量以及脈衝(chong) 頻率。
【激光堆焊】
堆焊屬於一種製造工藝,用於現有工件的維修或者改型,以及表麵的修飾。根據工作任務不同,可以采用手動或者自動激光堆焊。
手動激光堆焊
在采用手動激光堆焊時,焊工“用手”將助焊劑引導到加工位置。在這種工藝中,大多數情況下用一條直徑在 0.15 到 0.6 mm 之間的焊絲(si) 作為(wei) 助焊劑。激光束將焊絲(si) 熔化。熔體(ti) 與(yu) 同樣被熔化的基材牢固地連接在一起,然後重新凝固。留下一小塊隆起的區域。點對點、線對線和層對層,焊工塑造出所想要的形狀。在作業(ye) 過程中,氬氣氣流將工作區域與(yu) 空氣隔離開。最後重新恢複原先的形狀,也就是通過磨削、旋轉、銑削或侵蝕工藝。

自動激光堆焊
在使用自動激光堆焊時,由機器將助焊劑引導到加工位置。助焊劑同樣可以是焊絲(si) ,但是在這種技術中關(guan) 鍵是金屬粉末。將金屬粉末一層層地塗敷到基材上,沒有微孔和裂紋地與(yu) 基材熔合在一起。金屬粉末變成與(yu) 表麵連接的高強度焊縫。在冷卻後就形成了一個(ge) 金屬層,可以對其進行機械加工。特殊之處在於(yu) ,可以有針對性地形成多層同樣或者不同的金屬鍍層。

【熱傳導焊接】
在熱傳導焊接時,激光束將對接工件沿著結合部位熔化。熔體相互融合在一起,凝固成焊縫。

熱傳導焊接用於連接薄壁類零件,例如設備外殼可見表麵的角焊縫。此外還廣泛應用於電子工業。激光產生平坦、圓滑的焊縫,無需再作後續加工。對於上述用途,可以使用脈衝固體激光器或者連續波固體激光器。在熱傳導焊接時,能量隻通過熱傳導到達工件。因此,焊縫深度隻有十分之幾毫米到一毫米。材料的導熱性限製了最大焊縫深度。焊縫寬度通常比焊縫深度大。如果無法足夠快地讓熱量散發出去,加工溫度就會超過蒸發溫度。產生金屬蒸汽,焊入深度急劇增大,這個焊接工藝就轉變為深熔焊。
【激光深熔焊】
在深熔焊時需要很高的功率密度,達到大約 1 MW/cm²。激光束不僅僅熔化金屬,而且還產生蒸汽。

當蒸汽流出時,就向熔體施加壓力,將其部分擠出。工件繼續熔化。產生了一個又深又窄、充滿蒸汽的孔:金屬蒸汽毛細管,俗稱鑰匙孔(英語:Keyhole)。金屬蒸汽毛細管周圍環繞著金屬熔體。如果激光束在結合部位上方移動,那麽金屬蒸汽毛細管就隨其移動,穿過工件。金屬熔體環繞著毛細管,在工件的背麵凝固。通過這種方式,形成了又深又窄而且結構均勻的一條焊縫。焊縫深度是焊縫寬度的最多10倍以上,可達25mm。在金屬蒸汽毛細管流過熔體的外壁上,激光束被多次反射。在這個過程中熔體幾乎將激光束全部吸收,提高了焊接工藝的效率。如果用CO2激光器焊接,則毛細管內的金屬蒸汽吸收激光,然後被部分電離。這樣就產生了等離子體。等離子體同樣將能量傳導到工件上。因此,深熔焊具有效率高、焊接速度快的特點。由於速度快,熱影響區很小,並且幾乎沒有變形。當要求焊入深度很大或者一次性焊接多層材料時,就使用這種工藝。
【激光掃描焊接】
采用掃描焊接技術,可以將生產設備設計得生產率高、靈活,從而使大批量生產中的焊接工藝比傳統的焊接工藝更快、更精確、更經濟。

在采用掃描焊接時,通過可移動的反射鏡 [1] 實現對加工光束的引導。通過反射鏡的角度變化引導激光束 [4]。這樣就產(chan) 生了一個(ge) 加工區[3],在這其中可以高度動態、精確地實施焊接作業(ye) 。加工區的大小取決(jue) 於(yu) 工作距離和激光束的偏轉角度。加工速度和工件上的光斑直徑取決(jue) 於(yu) 鏡組的成像特性、激光束的入射角度、光束質量和材料。通過一個(ge) 輔助透鏡係統 [2] 的移動,焦點也可以在 Z 軸方向以極高的動態性移動,從(cong) 而無需移動激光頭或者工件,就可以對三維工件進行完整地加工。由於(yu) 激光束的偏移運動速度非常快,就幾乎沒有非生產(chan) 時間,激光器可以在將近100%的生產(chan) 時間內(nei) 進行作業(ye) 。

此外,在焊接過程中,與(yu) 一個(ge) 機器人相連接的掃描透鏡可以從(cong) 一個(ge) 工件上方經過。這個(ge) “飛行”運動被人們(men) 稱為(wei) “飛行焊接”。機器人和掃描鏡組實時地將它們(men) 的運動相互同步。使用機器人大幅擴大了工作空間,可以實現真正的三維工件加工。可以用一個(ge) 操作方便的編輯器對可編程聚焦鏡組進行編程,這個(ge) 編輯器可以設計和保存在一個(ge) 工件上的焊接圖形。光束質量高的大功率碟片式激光器用作激光源。一條或者幾條靈活的光纖將激光束從(cong) 激光器引導到加工站。
【複合焊接】
針對困難情況:激光焊接和另一種焊接工藝的組合,用於建築鋼材加工業的特殊用途。

複合焊接將激光焊接與(yu) 另一種焊接工藝相組合。適合與(yu) 激光焊接組合的焊接工藝既可以是MIG焊接( 熔化極惰性氣體(ti) 保護焊)或MAG焊接( 熔化極活性氣體(ti) 保護焊),也可以是WIG焊接(鎢極惰性氣體(ti) 保護焊)或等離子焊接。這樣,在船舶製造業(ye) 中可以焊接長度最長 20 m、厚度最大 15 mm 的大型船用鋼板。鋼板之間的距離非常大,僅(jin) 憑激光束是無法將其焊接在一起的。在這種情況下,人們(men) 將MIG焊接與(yu) 激光焊接組合使用。激光對較深的焊縫提供了很高的功率密度。加快了焊接速度,減少了熱輸入量和變形。MIG 焊炬橫跨鋼板之間的空隙,通過焊接助劑將接縫封閉。複合焊接比單獨采用MIG焊接的速度更快,並且在這個(ge) 過程中工件的變形很小。
焊接助劑是指在激光釺焊時將對接工件連接的焊料。 焊料的熔點低於(yu) 工件材料的溫度。因此,在加工過程中隻有焊料會(hui) 熔化。
對接工件隻是被加熱。當焊料變為(wei) 液態後,就會(hui) 流入對接縫隙,與(yu) 工件表麵相連接(擴散連接)。為(wei) 了能夠將焊縫作釺焊處理,必須從(cong) 一側(ce) 可以接近焊縫。工件之間的細小縫隙就起到象毛細管一樣的作用。液態的焊料被拉入對接縫隙。

釺焊接頭的強度與(yu) 焊料的強度一致。硬焊料,例如銅基和鋅基釺焊料,在釺焊時可以達到和焊接時差不多的高強度。釺焊焊縫的表麵光滑、幹淨,與(yu) 工件構成弧形的過渡麵,因此不必作後續加工。這個(ge) 優(you) 點使激光釺焊被大量應用在汽車製造業(ye) 。釺焊焊縫出現在汽車的行李廂蓋或者車頂上。在噴漆之前,隻需將車身構件作清潔處理。
此外,還廣泛應用於(yu) 房屋鋼混結構。由不同材料構成的工件由於(yu) 各種材料的熔點各不相同,通常很難甚至無法焊接。例如銅與(yu) 鋼的連接就是如此。對於(yu) 這個(ge) 以及類似的連接任務,釺焊就是合適的選擇。

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