激光焊接技术的优缺点是什么?

激光焊接的优点:

1,可以将热输入降到最低,热影响区金相变化范围小,热传导引起的变形也最低。

2.32mm厚单道焊的焊接工艺参数得到了验证,可以减少厚板焊接所需的时间,甚至可以节省填充金属的使用。

3.不需要使用电极,也不用担心电极污染或损坏。而且因为不是接触焊接工艺,机器的磨损和变形可以降到最低。

4.激光束易于聚焦、对准和被光学仪器引导,可以放置在离工件适当的距离,并可以在工件周围的机器或障碍物之间重新引导。由于上述空间限制,其他焊接规则无法发挥作用。

5.工件可以放置在封闭的空间中(在真空泵或内部气体环境的控制下)。

6.激光束可以聚焦在一个小的区域,并且可以焊接小的和紧密间隔的部件。

7.可焊材料的范围很广,各种异质材料也可以相互粘接。

8.用自动化很容易进行高速焊接,也可以用数字或计算机控制。

9.当焊接薄材料或细直径电线时,不会有像电弧焊那样的回流问题。

10,不受磁场影响(电弧焊和电子束焊都很容易),能准确对准焊件。

11.可以焊接两种具有不同物理特性(例如不同电阻)的金属。

12,无真空,无防辐射。

13.如果采用穿孔焊,焊缝的深宽比可以达到10:1。

14.该设备可以切换,将激光束传输到多个工作站。

激光焊接的缺点

1.焊件的位置必须非常精确,并且必须在激光束的聚焦范围内。

2.当焊接件需要夹具时,必须确保焊接件的最终位置与要被激光束冲击的焊点对齐。

3.最大可焊厚度有限,穿透厚度远远超过19mm的工件不适合在生产线上进行激光焊接。

4.铝、铜及其合金等高反射率、高导热率材料的可焊性会被激光改变。

5.中高能激光束焊接时,应使用等离子体控制器来驱除熔池周围的电离气体,以确保焊缝的再现。

6.能量转换效率太低,通常低于10%。

7.焊缝快速凝固,可能会出现气孔和脆化。

8.设备很贵。

为了消除或减少激光焊接的缺陷,更好地利用这种优秀的焊接方法,提出了一些与其他热源和激光的复合焊接工艺,主要包括激光与电弧、激光与等离子体电弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接和多束激光焊接。此外,还提出了各种辅助工艺措施,如激光填丝焊(可细分为冷丝焊和热丝焊)、外加磁场辅助增强激光焊接、用保护气体控制熔池深度的激光焊接、激光辅助搅拌摩擦焊等。

(1)功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。高功率密度下,可在微秒时间范围内将表层加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度有利于材料去除加工,如冲孔、切割和雕刻。对于低功率密度,表层达到沸点需要几毫秒的时间,而在表层汽化之前,底层达到熔点,容易形成良好的熔焊。因此,在导电激光焊接中,功率密度在10 4 ~ 10 6W/cm 2范围内。

(2)激光脉冲波形。激光脉冲波形是激光焊接,尤其是薄板焊接中的一个重要问题。当高强度激光束击中材料表面时,金属表面60~98%的激光能量会被反射而损失,反射率随表面温度而变化。在激光脉冲过程中,金属的反射率变化很大。

(3)激光脉冲宽度。脉冲宽度是脉冲激光焊接的重要参数之一,它不仅不同于材料去除和材料熔化,也是决定加工设备成本和体积的关键参数。

(4)离焦对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的分离,因为激光焦点处的光斑中心功率密度太高,容易蒸发成孔洞。功率密度分布在远离激光焦点的每个平面上相对均匀。有两种散焦方法:正散焦和负散焦。当焦平面在工件上方时,为正散焦,反之亦然。根据几何光学理论,当正负离焦平面与焊接平面的距离相等时,对应平面上的功率密度大致相同,但得到的熔池形状实际上是不同的。散焦为负时,可以获得较大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,材料被激光加热50~200us后开始熔化,形成液态金属并引起差异汽化,形成局部压力蒸汽,蒸汽以极高的速度喷出,发出耀眼的白光。同时,高浓度蒸汽使液态金属向熔池边缘移动,在熔池中心形成凹陷。负散焦发生时,材料内部功率密度高于表面,容易形成更强的熔化和汽化,使光能向材料内部更深处传输。因此,在实际应用中,当要求穿透深度较大时,采用负散焦;焊接薄材料时,建议使用正散焦。

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激光焊接机技术已广泛应用于汽车、船舶、飞机、高铁等高精度制造领域,极大地提高了人们的生活质量,引领家电行业进入精工时代。

尤其是在大众创造的42米无缝焊接技术大大提高了车身的整体性和稳定性之后,家电龙头企业海尔集团隆重推出了首款采用激光无缝焊接技术生产的洗衣机。这种家用电器为人民珍惜科技进步,先进的激光技术可以给人们的生活带来巨大的变化。随着洗衣机全球品牌地位的不断巩固,其在行业中的引领作用开始充分展现。但在激光焊接机技术的支持下,家电行业将会有更深层次的改革。据海尔R&D人员介绍,市面上的自动洗衣机内桶制造工艺多采用“卡扣式”工艺,内桶接缝处会有缝隙或凹凸不平,导致桶体强度低,对衣物造成不必要的磨损。为了进一步提高内桶的可靠性和精细化,海尔洗衣机以汽车和造船行业为参照母体,将激光无缝焊接技术应用于匀力洗衣机新品,避免了内桶裂纹和凹凸不平的产生,全面提升产品的可靠性,呵护衣物。由于内桶强度的提高,均匀动力洗衣机在脱水过程中的最大转速也比普通自动洗衣机提高了25%,脱水效率大大提高,耗电更少,节省时间。

此外,据悉,中德船舶工业联合研发的“高功率激光焊接机技术”确保了船舶的安全性,并进一步强化了船体结构;在航空领域,激光无缝焊接技术也被广泛应用于飞机发动机的制造。同时,铝合金机身的激光无缝焊接技术可以替代铆钉,使机身重量减轻20%。中国高铁还引进了激光无缝焊接技术,不仅提高了安全性能,还大大降低了噪音,给乘客带来了安静舒适的乘车环境。

随着科技的全面发展,激光焊接机技术的不断巩固和应用,也引领全球家电行业进入了一个新的时代。新技术不仅仅是产品的升级,更是更多科技的展示和应用。

1.TailoredBlandLaserWelding技术在国外汽车制造中已得到广泛应用。据统计,2000年全球激光拼焊生产线超过100条,年产汽车零部件拼焊板7000万片,并继续高速增长。国产进口车型帕萨特、别克、奥迪等。还采用了一些切割毛坯结构。在日本,CO2激光焊接已经在炼钢工业中取代闪光对焊用于轧制卷材的连接。在超薄板焊接的研究中,如厚度小于100微米的箔片无法焊接,但特殊输出功率波形的YAG激光焊接获得了成功,显示了激光焊接的广阔前景。日本还在世界上首次研制成功用于核反应堆蒸汽发生器细管维修的YAG激光焊接,苏宝荣等人也在中国开展了齿轮激光焊接技术。

2.在粉末冶金领域,随着科学技术的不断发展,许多行业对材料有特殊的要求,用熔炼和铸造的方法制造的材料已经不能满足需要。由于其特殊的性能和制造优势,粉末冶金材料正在一些领域取代传统的熔炼和铸造材料,如汽车、飞机、工具和刀具制造。随着粉末冶金材料的发展,其与其他零件的连接问题日益突出,限制了粉末冶金材料的应用。80年代初,激光焊接以其独特的优势进入粉末冶金材料加工领域,为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景。例如,粉末冶金材料连接中常用的钎焊方法用于焊接金刚石,由于钎焊材料结合强度低、热影响区宽,特别是不能适应高温和高强度的要求而熔化掉。采用激光焊接可以提高焊接强度和耐高温性能。

3.汽车工业80年代末,千瓦级激光成功应用于工业生产,如今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业,成为汽车制造业的杰出成就之一。瑞典的奥迪、奔驰、大众、沃尔沃等欧洲汽车制造商早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身和侧架。20世纪90年代,美国通用、福特、克莱斯勒将激光焊接引入汽车制造。虽然起步晚,但发展很快。意大利菲亚特在大部分钢板总成的焊接和装配中使用了激光焊接,日本日产、本田和丰田汽车公司都在车身板件的制造中使用了激光焊接和切割技术。高强度钢激光焊接组件因其优异的性能越来越多地应用于汽车车身制造。根据美国金属市场的统计,到2002年底,激光焊接钢结构的消费量将达到70000t,比1998高出3倍。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点,激光焊接设备正在向大功率、多通道方向发展。在技术方面,美国桑迪亚国家实验室和PrattWitney共同进行了在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究。德国不来梅应用光束技术研究所对铝合金车身骨架的激光焊接进行了大量的研究。据信,在焊缝中添加填料有助于消除热裂纹、提高焊接速度和解决公差问题。开发的生产线已经在奔驰的工厂投产。

4.电子工业激光焊接已广泛应用于电子工业,尤其是微电子工业。由于激光焊接具有热影响区小、热集中快、热应力低等优点,在集成电路和半导体器件外壳的封装中显示出独特的优势。在真空器件的发展中,激光焊接也得到了应用,如钼聚焦电极和不锈钢支撑环、快速加热阴极灯丝组件等。传感器或恒温器中弹性薄壁波纹片的厚度为0.05-0.1mm,用传统焊接方法很难解决。TIG焊容易焊透,等离子体稳定性差,影响因素多,所以激光焊接效果好,应用广泛。

5.生物医学生物组织的激光焊接始于20世纪70年代。Klink等人和jain[13]用激光成功焊接输卵管和血管并显示出其优势,使得更多的研究者尝试焊接各种生物组织并扩散到其他组织。国内外对激光焊接神经的研究主要集中在激光的波长和剂量、功能恢复以及激光焊料的选择等方面。在激光焊接小血管和皮肤的基础研究上,刘还研究了大鼠胆总管的焊接。与传统缝合方法相比,激光焊接具有吻合速度快、愈合过程中无异物反应、保持焊接部位力学性能、修复组织按其原有生物力学性能生长等优点,未来将在生物医学中得到更广泛的应用。

6.其他领域在其他行业,激光焊接也在逐渐增加,尤其是在焊接特殊材料的中国。例如BT20钛合金、HEl30合金、锂离子电池等的激光焊接。德国玻璃机械制造商GlamacoCoswig与IFW联合技术和材料实验研究所合作开发了一种新的平板玻璃激光焊接技术。

在本节中折叠并编辑混合焊接的优点

激光复合焊接技术具有明显的优势。对于激光混合,优势如下:更大的熔深/更大的间隙焊接能力;焊缝的韧性较好,添加辅助材料可以影响焊缝的晶格结构。烧穿时焊缝背面无下垂;适用范围更广;借助激光替代技术,投入更少。对于激光MIG惰性气体保护焊,优点如下:焊接速度更高;焊接深度大;产生较少的焊接热;焊缝的强度高;焊缝宽度小;焊接凸起很小。因此整个系统的生产过程稳定,设备利用率好;焊后焊缝准备和焊缝处理工作量小;焊接生产工时短,成本低,生产效率高;它具有良好的光学设备配置性能。

而激光复合焊接在电源设备上的投资成本相对较高。随着市场的进一步扩大,电源设备的价格也将下降,激光复合焊接技术将应用于更多领域。至少激光复合焊接技术是一种非常适合铝合金材料焊接的焊接技术,并将在相当长的一段时间内成为主要的焊接生产工具。

折叠编辑本段的发展现状

国外激光技术和制造业都比较发达。早在20世纪80年代,他们就开始研究如何将现代激光技术应用于传统制造业。欧盟、美国等西方国家和亚洲的日本,凭借其发达的科技实力和良好的制造业基础,在政府的合理引导和资金支持下,发展迅速。特别是进入新世纪后,他们已经能够看到激光焊接技术在很多制造业和其他行业的应用,包括电子工业、造船工业、汽车工业等等,能够看到现代激光焊接技术的应用。焊接技术的行业标准已经初步形成,可以在合理可控的范围内应用。与此同时,为了进一步提高焊接效率,使激光焊接技术更好地应用于现代大规模生产,特别是大规模制造和建造,西方发达国家近年来一直在积极研究如何提高激光焊接的效率,通过对高功率激光器的研究,进一步推动和实现了高功率激光焊接技术的实现,使其真正应用于大规模制造、建造甚至军事领域来制造潜艇和军舰。

目前,哈尔滨焊接研究所处于国内激光焊接技术研究的前沿。近年来,除了进一步拓宽和开发新的激光焊接类型和设备外,还积极模仿和借鉴国外研究的最新动态,不断寻求大功率激光焊接技术的突破和发展。最新研究成果表明,他们成功攻克了我国大型构件的焊接难题,这无疑标志着我国激光焊接技术领域的重大突破,为未来大型工程的重大应用奠定了基础。此外,我国对激光焊接技术的研究仍集中在激光热丝焊接和异种金属焊接领域,这是现代激光焊接技术研究的最新课题。但国外在相关研究领域取得了突破,尤其是德国,已经初步掌握了异种金属焊接的技能和方法。未来,我国要想真正熟练应用和掌握激光焊接技术,并将其应用到更多的领域和行业,无疑需要突破上述课题,进一步完善和优化激光焊接技术。

折叠并编辑此段落的前景

激光焊接作为现代技术与传统技术的结合,与传统焊接技术相比尤为独特,其应用领域和应用层次更广,可以大大提高焊接的效率和精度。它的功率密度高,能量释放快,从而更好的提高工作效率,同时自身的着力点更小,无疑使得缝合的材料之间的粘合性更好,不会造成材料的损伤和变形。激光焊接技术的出现,实现了传统焊接技术无法应用的领域,可以简单的满足不同材料、金属、非金属的各种焊接要求,并且由于激光本身的穿透力和折射性,可以按照光速本身的运行轨迹实现360度范围内的随机聚焦,这在传统焊接技术的发展下无疑是不可想象的。另外,由于激光焊接可以在短时间内释放大量热量实现快速焊接,所以对环境的要求较低,可以在普通室温下进行,无需真空环境或气体保护。经过几十年的发展,人们对激光技术有了最高的认识和认知,它已经从最初的军事领域逐渐扩展到现代的民用领域,而激光焊接技术的出现进一步扩大了激光技术的应用范围。未来,激光焊接技术不仅可以应用于汽车、钢铁、仪器制造等领域,还可以应用于军事、医疗等领域,尤其是医疗领域。凭借自身高热、高集成、卫生的特点,可以更好地应用于神经内科、生殖医学等临床诊疗。而其自身的精度优势也将应用于更多的精密仪器制造行业,从而不断造福人类和社会的发展。[1]