目前激光焊應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,主要應(yīng)用于:

制造業(yè)應(yīng)用、粉末冶金領(lǐng)域、汽車(chē)工業(yè)、電子工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、其他領(lǐng)域如對(duì)BT20鈦合金[22]、HE30合金[23]、Li-ion電池[24等激光焊接激光焊接的特點(diǎn)是被焊接工件變形極小,幾乎沒(méi)有連接間隙,焊接深度/寬度比高,因此焊接質(zhì)量比傳統(tǒng)焊接方法高。但是,如向保證激光焊接的質(zhì)量,也就是激光焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)與質(zhì)量控制是一個(gè)激光利用領(lǐng)域的重要內(nèi)容,包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器,通過(guò)電子計(jì)算杋處理,針對(duì)不同焊接對(duì)象和要求,實(shí)現(xiàn)諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測(cè)、焊縫質(zhì)量監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目,通過(guò)反饋控制調(diào)節(jié)焊接工藝參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化激光焊接。在激光焊接中,光束焦點(diǎn)位置是最關(guān)鍵的控制工藝參數(shù)之一,在一定激光功率和焊接速度下,只有焦點(diǎn)處于更佳位置范圍內(nèi)才能獲得更大熔深和好的焊縫形狀。在實(shí)際激光焊接中,為了避免和減少影響焦點(diǎn)位置穩(wěn)定性的因素,需要專(zhuān)門(mén)的夾緊和設(shè)備技術(shù),這種設(shè)備的程度與激光焊接的質(zhì)量高低是相輔相成的、激光焊接的主要特性。與其它傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比,激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是:

1、速度快、深度大、變形小。

2、能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接,焊接設(shè)備裝置簡(jiǎn)單。例如,激光通過(guò)光束不偏移:激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊,并能通過(guò)玻璃或?qū)Α姑鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

3、可焊接難熔材料如鈦、石英等,并能對(duì)異性材料施焊,效果良妤

4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接時(shí),深寬比可達(dá)5:1,更高可達(dá)10:1

5、可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑,且能定位,可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)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(yuǎn)距離焊接,具有很大的靈活性。尤其是近幾年來(lái),在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù),使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用

7、激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光,能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工,為更精密的焊接提供了條件但是,激光焊接也存在著一定的局限性

1、要求焊件裝配精度高,且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因?yàn)榧す饩劢购蠊獍叱哂甏缧?焊縫窄,為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達(dá)不到要求,很容易造成焊接缺憾

2、激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高,一次性投資較大。

二、激光焊接熱傳導(dǎo)

激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬表面,通過(guò)激光與金屬的相互作用,使金屬熔化形成焊接。在激光與金屬的相互作用過(guò)程中,金屬熔化僅為其中一種物理現(xiàn)象。有時(shí)光能并非主要轉(zhuǎn)化為金屬熔化,而以其它形式表現(xiàn)出來(lái),如汽化、等離子體形成等。然而,要實(shí)現(xiàn)良好的熔融焊接,必須使金屬熔化成為能量轉(zhuǎn)換的主要形式。為此,必須了解激光與金屬相互作用中所產(chǎn)生的各種物理現(xiàn)象以及這些物理現(xiàn)象與激光參數(shù)的關(guān)系,從而通過(guò)控制激光參數(shù),使激光能量絕大部分轉(zhuǎn)化為金屬熔化的能量,達(dá)到焊接的目的。

三、激光焊接的工藝參數(shù)。

1、功率密度

功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度,在微秒時(shí)間范圍內(nèi),表層即可加熱至沸點(diǎn),產(chǎn)生大量汽化。因此,高功率密度對(duì)于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度,表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒,在表層汽化前,底層達(dá)到熔點(diǎn),易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導(dǎo)型激光焊接中,功率密度在范圍在4~106WCM2

2、激光脈沖波形

激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題,尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面,金屬表面將會(huì)有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi),金屬反射率的變化很大.

3、激光脈沖寬度

寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一,它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù),也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。

4、離焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響。

激光焊接通常需要一定的離焦,因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高,容易蒸發(fā)成孔離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上,功率密度分布相對(duì)均勻離焦方式有兩種:正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論,當(dāng)正負(fù)離做文章一相等時(shí),所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同,但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí),可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,激光加熱50~200s材料開(kāi)始熔化形成液相金屬并出現(xiàn)問(wèn)分汽化,形成市壓蒸汽,并以極高的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí),高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)材料內(nèi)部功率密度比表面還高,易形成更強(qiáng)的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)要求熔深較大時(shí),采用負(fù)離焦:焊接薄材料時(shí),宜用正離焦。