簡介
鐳射焊機也稱為雷射焊接機,是利用雷射束作為熱源的一種熱加工工藝,它與電子束等離子束和一般機械加工相比較,具有許多優點。雷射束的雷射焦點光斑小,功率密度高,能焊接一些高熔點、高強度的合金材料。雷射焊接是無接觸加工,沒有工具損耗和工具調換等問題。組成
利用高能量的雷射脈衝對材料進行微小區域內的局部加熱,雷射輻射的能量通過熱傳導向材料的內部擴散,將材料熔化後形成特定熔池。
它是一種新型的焊接方式,雷射焊接主要針對薄壁材料、精密零件的焊接,可實現點焊、對接焊、疊焊、密封焊等,深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區小、變形小,
焊接速度快,焊縫平整、美觀,焊後無需處理或只需簡單處理,焊縫質量高,無氣孔,可精確控制,聚焦光點小,定位精度高,易實現自動化。
機械原理
鐳射焊機的冷水機的原理在雷射(鐳射)系統中的雷射發生源、光束控制器和電控櫃都可能需要額外冷卻。對凍水溫度要求通常在15-22℃之間,對凍水精度要求通常為±1K或±2K。部分設備可能要求±0.5K, 另外部分設備對凍水電導率,耐腐蝕等有一定的要求。雷射系統中通常在啟動時對水溫有一定要求,這樣就需要在水迴路中增加電加熱。在部分系統中的光束控制器會要求獨立冷卻迴路。對於雷射系統中的特殊套用,都能專門設計工業冷水機以滿足不同的要求。
深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體,在雷射作用下發生電離,從而在小孔內部和上方形成電漿。電漿對雷射有吸收、折射和散射作用,因此一般來說熔池上方的電漿會削弱到達工件的雷射能量。並影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通常可輔加側吹氣驅除或削弱電漿。小孔的形成和電漿效應,使焊接過程中伴隨著具有特徵的聲、光和電荷產生,研究它們與焊接規範及焊縫質量之間的關係,和利用這些特徵信號對雷射焊接過程及質量進行監控,具有十分重要的理論意義和實用價值。
由於經聚焦後的雷射束光斑小(0.1~0.3mm),功率密度高,比電弧焊(5×102~104W/cm2)高几個數量級,因而雷射焊接具有傳統焊接方法無法比擬的顯著優點:加熱範圍小,焊縫和熱影響區窄,接頭性能優良;殘餘應力和焊接變形小,可以實現高精度焊接;可對高熔點、高熱導率,熱敏感材料及非金屬進行焊接;焊接速度快,生產率高;具有高度柔性,易於實現自動化。
雷射焊機焊接技術是一種高新技術,由於其獨有的特點,特別適合在感測器密封焊中使用,國外許多生產感測器的廠家均利用雷射焊接工藝生產感測器,而國內採用此工藝的廠家不多,主要是一些生產軍用感測器產品的廠家和部分科研機構在採用此種工藝,且採用國外雷射焊接機的較多。國內雷射焊接機在性能上已和國外產品相差不遠,完全可以勝任國內生產感測器的工藝要求,但價格是國外同類產品的1/3-1/5。
優點
1、成本相對低廉,雷射器充滿一次可以用一年以上。
2、焊接非常緊密,一經焊接完成後非常牢固,比其他焊接方式做的工作件要耐用的多。並且不加填充金屬,如用惰性氣體充分保護,則焊縫不受大氣污染。
3、鐳射焊機加工的產品熱影響小,對加工件造成的變形幾乎沒有,這一優點使它能完成超精密的加工,可以加工很細小的產品。
4、節能環保也是值得一提的,在焊接的過程中產生的煙霧很少,不會污染環境也不會傷害人體。它的故障幾率也比起其他設備來要少得多,過了保修期後也為企業節省了一筆維修費。
5、可以把焊點集中在一個小點上,這樣不會影響到其他的區域,保證幾乎無變形,由於聚焦光點小,可高精度定位,實現精密加工;
6、對環境沒有影響,達到環保的要求,可以焊接高熔點,難熔,難焊的金屬,如鈦合金,鋁合金等;7、採用無接觸加工,對焊接件沒有其他的外力影響;
8、採用計算機控制系統,方便操作,自動化焊接,提高效率、節省人力,焊點小,焊縫窄,整齊美觀,焊後無需處理或只需簡單處理工序。
套用
雷射焊接在工業中的套用
(1)雷射焊接在國外汽車工業中的套用
1)白車身雷射焊接汽車工業中的線上雷射焊接大量用在白車身衝壓零件的裝配和連線上。主要套用包括車頂蓋雷射焊、行李箱蓋雷射釺焊及車架雷射焊接。另一項比較重要的車身雷射焊接套用,是車身結構件(包括車門、車身側圍框架及立柱等)的雷射焊接。採用雷射焊的原因是可提高車身強度,並可解決一些部位難以實施常規電阻點焊的難題。
2)不等厚雷射拼焊板車身製造採用不等厚雷射拼焊板可減輕車身重量、減少零件數量、提高安全可靠性及降低成本。
3)齒輪及傳動部件焊接
20世紀80年代末,克萊斯勒公司的Kokomo分公司購進九台6kWCO2雷射器,用於齒輪雷射焊接,生產能力提高40%。90年代初,美國三大汽車公司投入40多台雷射器用於傳動部件焊接。賓士公司經研究利用雷射焊接代替電子束焊接,因為前者焊縫熱影響區小。美國福特汽車公司用4。7kWCO2雷射器焊接車輪鋼圈,鋼圈厚1mm,焊接速度為2。5m/min。該公司還採用帶有視覺系統的雷射焊接機,將六根軸與鍛壓出來的齒輪焊在一起,成為轎車自動變速器的齒輪架部件,生產率為200件/h。
(2)光纖雷射焊在造船及海洋工程方面的套用
許多輪船都是先製造出許多獨立的局部組件結構單元,再在水中的船台上一個個進行組裝。採用雷射焊技術製造海洋建築物局部組件非常合適,因為它結合了焊接切割自動化技術與雷射技術。與弧焊方法相比,採用該技術可以大大提高生產率。造船中,採用光纖雷射技術,可以無需進行焊接邊緣預處理和焊前或焊後熱處理就能將部件焊接在一起。與弧焊相比,雷射焊的焊接接頭窄,熱影響區小,而且沒有傳統弧焊方法中出現的由於弧吹或電極磨損引起的焊接缺陷。所以,接頭採用光纖雷射焊,可以實現新的焊接結構設計,這在以前是不可能實焊接接頭比弧焊焊接接頭更加經濟,質量更好。
(3)雷射焊在飛機製造中的套用
雷射束焊具有能量密度高,熱影響區小,空間位置轉換靈活,可在大氣環境下焊接,焊接變形極小等優點。它主要套用于飛機大蒙皮的拼接以及蒙皮與長桁的焊接,以保證氣動面的外形公差。另外在機身附屬檔案的裝配中也大量使用了雷射束焊接技術,如腹鰭和襟翼的翼盒,結構不再是套用內肋條骨架支撐結構和外加蒙皮完成,而是套用了先進的鈑金成形技術後,采閒雷射焊接技術在三維空間完成焊接拼合,不僅產品質量好,生產效率高,而且工藝再現性好,減重效果明顯。雷射焊也多見於薄壁零件的製造中,如進氣道、波紋管、輸油管道、變截面導管和異型封閉件。這些零件的傳統焊接方法多採用微弧等離子弧焊,或者是小電流鎢極氬弧焊。隨著鈦合金材料的大量使用,即便採用了這些低線能量的焊接技術,仍然由於薄壁材料引起的焊接變形超出公差範圍和焊接缺陷的無法修復等原因,導致傳統焊接工藝面臨淘汰的命運。雷射束焊接配以局部保護措施,非常適合焊接薄壁鈦合金殼體零件。
(4)複合雷射焊的套用
複合雷射焊技術結合了雷射焊和傳統氣體保護焊(GMAW)兩者的優點,雷射焊能在較小的熱輸入量和小的焊接熱影響區(HAZ)情況下獲得較大的熔深;所附加的氣保焊(GMAW)可以大大擴展接頭根部間隙的大小,改善表面狀態和雜質的允許量;提高根部間隙填充和成形質量以及加強對焊接冶金的控制。(5)雷射焊在醫學上的套用雷射焊是用雷射來加
熱,所以它可以穿透透明介質, 能夠焊到透明介質容器的裡邊去。這是其他焊接方法難以做到的。這種方法也被利用到醫學裡邊,比方講我們有些患者視網膜脫落,視網膜是在眼球的後面,視網膜脫落以後眼睛就會失明。利用雷射的辦法,透過眼球焊到眼球後面,把這個視網膜和眼球焊起來。這個已經是很成功的手術了;