雷射焊接機

雷射焊接機

雷射焊接是雷射材料加工用的機器,又常稱為雷射焊機、鐳射焊機,按其工作方式常可分為雷射模具燒焊機(手動焊接機)、自動雷射焊接機、雷射點焊機、光纖傳輸雷射焊接機,光焊接是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以達到焊接的目的。

雷射焊接機ͼ

雷射焊接機雷射焊接是雷射材料加工技術套用的重要方面之一,又常稱為雷射焊機、鐳射焊機,按其工作方式常可分為雷射模具燒焊機(手動焊接機)、自動雷射焊接機、雷射點焊機光纖傳輸雷射焊接機,光焊接是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以達到焊接的目的。

主要特性

20世紀70年代主要用於焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬熱傳導型,即雷射輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制雷射脈衝的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由於其獨特的優點,已成功套用於微、小型零件的精密焊接中。
高功率CO2及高功率YAG雷射器的出現,開闢了雷射焊接的新領域。獲得了以小孔效應為理論基礎的深熔焊接,在機械、汽車、鋼鐵等工業領域獲得了日益廣泛的套用。
雷射焊接機的焊接特性:

1、雷射焊接屬於熔融焊接,以雷射束為能源,衝擊在焊件接頭上。
2、雷射束可由平面光學元件(如鏡子)導引,隨後再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。
3、屬非接觸式焊接,作業過程不需加壓,但需使用惰性氣體以防熔池氧化,填料金屬偶有使用。
4、雷射焊可以與MIG焊組成雷射MIG複合焊,實現大熔深焊接,同時熱輸入量比MIG焊大為減小。

主要優點

1、速度快、深度大、變形小。
2、能在室溫或特殊條件下進行焊接,焊接設備裝置簡單。例如,雷射通過電磁場,光束不會偏移;雷射在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊,並能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。
3、可焊接難熔材料如鈦、石英等,並能對異性材料施焊,效果良好。
4、雷射聚焦後,功率密度高,在高功率器件焊接時,深寬比可達5:1,最高可達10:1。
5、可進行微型焊接。雷射束經聚焦後可獲得很小的光斑,且能精確定位,可套用於大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。
6、可焊接難以接近的部位,施行非接觸遠距離焊接,具有很大的靈活性。尤其是近幾年來,在YAG雷射加工技術中採用了光纖傳輸技術,使雷射焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和套用。
7、雷射束易實現光束按時間與空間分光,能進行多光束同時加工及多工位加工,為更精密的焊接提供了條件

種類

雷射焊接機又常稱為雷射焊機、雷射焊接機、鐳射焊機、雷射冷焊機、雷射氬焊機、雷射焊接設備等。按其工作方式常可分為雷射模具燒焊機(手動雷射焊接設備)、自動雷射焊接機、雷射點焊機、光纖傳輸雷射焊接機、振鏡焊接機、手持式焊接機等,專用雷射焊接設備有感測器焊機、矽鋼片雷射焊接設備、鍵盤雷射焊接設備。

工作原理

雷射焊接是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,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。

技術參數

(1)功率密度。 功率密度是加工中最關鍵的參數之一。採用較高的功率密度,在微秒時間範圍內,表層即可加熱至沸點,產生大量汽化。因此,高功率密度對於材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。對於較低功率密度,表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒,在表層汽化前,底層達到熔點,易形成良好的熔融焊接。
(2)脈衝波形。脈衝波形在焊接中是一個重要問題,尤其對於薄片焊接更為重要。當高強度束射至材料表面,金屬表面將會有的能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個脈衝作用期間內,金屬反射率的變化很大。
(3)脈衝寬度。脈寬是脈衝焊接的重要參數之一,它既是區別於材料去除和材料熔化的重要參數,也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。
(4)離焦量對焊接質量的影響。 焊接通常需要一定的離做文章一,因為焦點處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發成孔。離開焦點的各平面上,功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種:正離焦與負離焦。焦平面位於工件上方為正離焦,反之為負離焦。按幾何光學理論,當正負離焦平面與焊接平面距離相等時,所對應平面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,這與熔池的形成過程有關。實驗表明,加熱材料開始熔化,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。與此同時,高濃度汽體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,材料內部功率密度比表面還高,易形成更強的熔池。

發展

焊接自動化技術的現狀與展望隨著數位化技術日益成熟,代表處動地接技術的數字焊機、數位化控制技術業已穩步進入市場。三峽工程、西氣東輸工程、航天工程、船舶工程等國家大型基礎工程,有效地促進了先進焊接特別是焊接自動化技術的發展與進步。汽車及零部件的製造對焊接的自動化程度要求日新月異。我國焊接產業逐步走向“高效、自動化、智慧型化”。我國的焊接自動化率還不足30%,同發達工業國家的80%差距甚遠。從20世紀未國家逐漸在各個行業推廣自動焊的基礎焊接方式——氣體保護焊,來取代傳統的手工電弧焊,已初見成效。可以預計在未來,國內自動化焊接技術將以前所未有的速度發展。

高效、自動化焊接技術的現狀
20世紀90年代,我國焊接界把實現焊接過程的機械化、自動化作為戰略目標,已經在職各行業的科技發展中付諸實施在發展焊接生產自動化,研究和開發焊接生產線及柔性製造技術,發展套用計算機輔助設計與製造;藥芯焊絲由2%增長到20%;埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內會超過實芯焊絲,最終將成為焊接中心的主導產品。

焊接自動化技術的展望
電子技術、計算機微電子住處和自動化技術的發展,推動了焊接自動化技術的發展。特別是數控技術、柔性製造技術和信息處理技術等單元技術的引入,促進了焊接自動化技術革命性的發展。

(1)焊接過程控制系統的智慧型化是焊接自動化的核心問題之一,也是我們未來開展研究的重要方向。我們應開展最佳控制方法方面的研究,包括線性和各種非線性控制。最具代表性的是焊接過程的模糊控制、神經網路控制,以及專家系統的研究。 
(2)焊接柔性化技術也是我們著力研究的內容。在未來的研究中,我們將各種光、機、電技術與焊接技術有機結合,以實現焊接的精確化和柔性化。用微電子技術改造傳統焊接工藝裝備,是提高焊接自動化水平淡的根本途徑。將數控技術配以各類焊接機械設備,以提高其柔性化水平,是我們當前的一個研究方向;另外,焊接機器人與專家系統的結合,實現自動路徑規劃、自動校正軌跡、自動控制熔深等功能,是我們近期研究的重點。 

(3)焊接控制系統的集成是人與技術的集成和焊接技術與信息技術的集成。集成系統中信息流和物質流是其重要的組成部分,促進其有機地結合,可大大降低信息量和實時控制的要求。注意發揮人在控制和臨機處理的回響和判斷能力,建立人機聖誕的友好界面,使人和自動系統和諧統一,是集成系統的不可低估的因素。

(4)提高焊接電源的可靠性、質量穩定性和控制,以及優良的動感性,也是我們著重研究的課題。開發研製具有調節電弧運動、送絲和焊槍姿態,能探測焊縫坡開頭、溫度場、熔池狀態、熔透情況,適時提供焊接規範參數的高性能焊機,並應積極開發焊接過程的計算機模擬技術。使焊接技術由“技藝”向“科學”演變輥實現焊接自動化的一個重要方面。本世紀頭十年,將是焊接行業飛速發展的有利時期。我們廣大焊接工作者任重而道遠,務必樹立知難而上的決心。抓住機遇,為我國焊接自動化水平的提高而努力奮鬥。

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