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南通东晨重型机床有限公司
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【 来源:原创 】 【 发布时间:2018-02-27 】 【 字体:

目前,激光加工用激光多处于红外波段。根据材料吸收激光能量而产生的温度升高,可以把激光与材料相互作用过程分为如下几个阶段: 一、无热或基本光学阶段 从微观上来说,激光是高简并度的光子,当它的功率密度很低时,绝大部分的入射光子被材料中电子弹性散射,这个阶段主要物理过程为反射、透射和吸收。由于吸收热很低,不能用于一般的热加工,主要研究内容属于基本学学范围。 二、相变点以下加热阶段(T小于Ts) 这里T是加工热温度,Ts 为相变点温度。当入射激光强度提高时,入射光子与金属中电子产生非弹性散射,电子通过“逆韧致辐射效应”从光子获取能量。处于受激态的电子与声子相互作用,把能量传给声子,激发强烈的晶格自振动,从而使材料加热。当温度低于相变点时,材料不发生结构变化。从宏观上看,这个阶段激光与材料相互作用的主要物理过程是传热。 三、在相变点以上,但低于熔点加热阶段 这个阶段为材料固态相变,存在传热和质量传递物理过程。主要工艺为激光相变硬化,主要研究激光工艺参数与材料特性对硬化的影响。 四、在熔点以上,但低于汽化点加热阶段 激光使材料熔化,形成熔池,熔池外主要是传热。熔池内存在三种物理过程:传热、对流和传质。主要工艺为激光熔凝处理,激光熔覆、激光合金化和激光传导焊接 五、在汽化点以上加热阶段 出现等离子体现象。激光使材料汽化,形成等离子体,这在激光深熔焊接中是经常出到的现象,利用等离子体反冲效应,事可以对材料进行冲击硬化。铝制产品(铝汽油滤清)用氩焊或铝焊与用激光焊接的优缺点对比分析 随着激光焊接的技术与应用发展日益成熟,现在被越来越多的行业从传统的氩焊、钎焊等的焊接开始转向使用激光焊接。 到底使用激光焊接与传统的焊接差别在哪?有哪些优点及缺点?为什么激光的应用与发展如此迅速?为什么现在企业都开始考虑使用激光焊接? 现在就以我个人的一些经验与数据来进行分析说明: 第一、 从质量的理解有两个方面的含义: 首先,质量特性必须满足顾客的要求; 其次,质量特性形成过程或结果避免缺陷。 质量特性满足顾客的要求,必须正确定义质量,用量化的语言来描述产品质量特性,充分考虑利益和成本两个方面。 这就需要我们根据产品的使用情况和我们公司内部以及行业水平来定义焊接深度的质量水平,太高可能会造成成本的增加,顾客不能接受;太低可能不能满足使用的要求。因此在多方验证的前提下,参考行业水平,我们把焊接深度定义为不小于零件壁厚的0.9倍, 铝汽油滤清焊接深度定义为不小于1.08MM。 现代质量管理的核心特征是:最高顾客满意度和最低资源成本。优化质量管理,顾客和企业可以同时获得满意。对顾客而言,是以最可接受的价格及时获得满意的产品:对企业而言,则是以尽可能小的成本和尽可能短的周期实现尽可能大的利润。在这样一种情况下我们完全可以利用先进的焊接工艺——激光焊接来实现这个产品的质量改善。 第二、 对于铝制产品在用传统的焊接工艺时、最大的缺点就是焊接深度不合格,主要原因是未焊合,这样直接影响到产品的强度及使用寿命。 第三、 用传统的焊接工艺对产品的焊接密封性难以控制、如铝制汽油滤清不能漏油、所以焊接出来后,需要进行密封性的检测,通常会采用试水、吹气等方法。这样加大的人工投入成本。 第四、 在传统的焊接工艺上很难对焊接电流进行控制,电流的略高、略低对焊接出来的产品质量有影响。 第五、 由于铝的熔点低、所以焊接功率要控制相当好,太低焊不牢,太高焊熔化了。所以产生的次品也较多,无形中增加了企业的制造成本。 第六、 传统的焊接需要辅助材料如铝条、铝粉等,目前市场的铝条价格1KG在55元左右,以铝滤清为例焊一个就单材料成本需0.25左右。 第七、 传统焊接出来的产品需要经过打磨、所以工序增多、制造费用也增加了 而激光焊接的优点就能有效的改善和控制好传统焊接的一些不足,但用激光焊接的缺点就是激光焊接设备比较贵、增加了企业的一次性投入。 第一、 激光焊接对产品的深度控制可以通过设备的调整进行控制,有效保证了产品焊接深度的一致性。 第二、 激光焊接由于不需任何填充材料,所以在焊接成本上大大降低了 第三、 激光焊接的密封性能好、焊接能百分百成功所以减少了次品率、减少了试水、检测环节 第四、 激光焊接焊出的产品平整、光滑、所以为产品节省简化了打磨环节 第五、 激光焊接的速度快、深度大、变形小 激光焊接的具体优点: (1)可将入热量降到最低的需要量,热影响区金相变化范围小,且因热传导所导致的变形亦最低。 (2)32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格,可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。 (3)不需使用电极,没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程,机具的耗损及变形接可降至最低。 (4)激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引,可放置在离工件适当之距离,且可在工件周围的机具或障碍间再导引,其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。 (5)工件可放置在封闭的空间(经抽真空或内部气体环境在控制下)。 (6)激光束可聚焦在很小的区域,可焊接小型且间隔相近的部件。 (7)可焊材质种类范围大,亦可相互接合各种异质材料。 (8)易于以自动化进行高速焊接,亦可以数位或电脑控制。 (9)焊接薄材或细径线材时,不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。 (10)不受磁场所影响(电弧焊接及电子束焊接则容易),能精确的对准焊件。 (11)可焊接不同物性(如不同电阻)的两种金属。 (12)不需真空,亦不需做X射线防护。 (13)若以穿孔式焊接,焊道深一宽比可达10:1。 (14)可以切换装置将激光束传送至多个工作站。 激光焊接的工艺参数 (1)功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。 (2)激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。 (3)激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 (4)离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离做文章一,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种:正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离焦平面与焊接平面距离相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200us材料开始熔化,形成液相金属并出现问分汽化,形成市压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。 激光焊接的原理 激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热,激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散,将材料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式,激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接,可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等,深宽比高,焊缝宽度小,热影响区小、变形小,焊接速度快,焊缝平整、美观,焊后无需处理或只需简单处理,焊缝质量高,无气孔,可精确控制,聚焦光点小,定位精度高,易实现自动化。

 

 

 

激光焊接的道理具体阐述

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