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2009-03-30 19:57 |
激光焊接技術概述
激光焊接通常不采用填充焊料，因此零件之間的配合間隙要小于最精細零件厚度的15%。零件各部分都要相對清潔，因為焊接速度很快，來不及將雜質燒掉。多數(shù)活性金屬的焊接要求有保護氣體，但是許多合金也可以在空氣中進行焊接。 w00\1'-Kz
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焊接時的熱能輸入和焊點形狀可以由激光參數(shù)及光學部件控制，分別進行熱傳導模式焊接，熔透焊接，和小孔焊接。熱傳導焊接的深度較淺，范圍較寬，類似于GTAW或TIG焊縫形狀。這種焊接常常用于一些小型器件，比如醫(yī)療設備和工具，或者中繼罐及電池這樣的電子產品，它們需要焊接處光滑，外形美觀。熔透模式焊接的深度與焊接寬度相當或略深于寬度。采用熔透模式焊接時，輸入的熱能小，熔池小而深，可以用更低平均功率的激光器。由于焊接周期中維持小孔的需要，小孔模式焊接只用連續(xù)或超級模式的連續(xù)激光器。小孔焊接熔池深度寬度比高，達到6：1，是效率最高的焊接過程。脈沖，連續(xù)，超級模式的連續(xù)激光器都能在熱傳導模式下工作，連續(xù)激光器可以用熔透模式，而只有超級模式連續(xù)激光器可以用于小孔焊接模式。 /)?P>!#;\
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焊接系統(tǒng) : KP'xf.
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脈沖Nd: YAG激光器能發(fā)出多種多樣的脈沖，焊接時可以設置脈沖的能量，峰值功率，局部的走勢和形狀等。正是通過控制這些脈沖參數(shù)，脈沖YAG激光器成為全面的焊接系統(tǒng)。即使是低平均功率的脈沖YAG激光器也能進行大點焊，深度點焊和縫焊，因為與材料的相互作用由以上的脈沖參數(shù)決定，而平均功率對焊接的影響不大。脈沖YAG激光器能產生幾十焦耳能量的脈沖，而激光器的平均功率只有100w。脈沖的峰值功率通常最小為2KW，也可高達10KW�？偟膩碚f，脈沖Nd:YAG激光器可用于各種點焊，或者是熱敏元件的縫焊，以及鋁和銅合金的焊接。脈沖的能量越高，單個脈沖所熔化的材料就越多，所以熔深是由脈沖能量而不是平均功率來決定的。脈沖激光器的峰值功率將克服鋁，銅及其他類似合金的反射和散熱等不利因素。脈沖激光器焊接深度能達到3mm。鐵合金與高鎳合金焊接時的峰值功率需要達到1KW，鋁合金峰值功率需要大約3KW，銅合金需要5KW�？梢苑侄握{整脈沖的形狀使焊接質量最優(yōu)化，并實現(xiàn)不相近的金屬之間的焊接。JK激光器擁有最新的脈沖整形技術。通過在整個脈沖范圍內調整峰值功率來控制冷卻速率，減少裂縫，消除氣孔，改善焊接外觀。 $:E}Nj]{&
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連續(xù)激光器與超級模式連續(xù)激光器用于快速，低熱能輸入，縫焊和拼焊的情況。這些激光器能進行連續(xù)的或高速模式及超級模式的激光輸出，為高速焊接和深度焊接提供連續(xù)的熔池。真正的脈沖激光器每次脈沖都形成新的熔池并覆蓋前次脈沖高達90%，而連續(xù)激光器輸入很低的熱能就可以焊接了。 7;}3{z
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然而，連續(xù)或超級模式的連續(xù)激光器必須用較高的平均功率來進行更深的熔透焊接。為了提高焊接深度，激光器要加大平均功率或者降低焊接速度。這些激光器能進行熱傳導模式，熔透模式，甚至是近似電子束焊接的小孔模式焊接�？梢詫す馐M行不同的調整，如定點模式，縫焊模式以功率爬升模式。而許多模式都包含在受到專利保護的超級模式中。采用超級模式能將鐵合金焊接深度或速度提高40%，鋁合金的焊接能力提高600%。 uWB:"&! ^
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超級模式可實現(xiàn)正弦波形和方波輸出，激光的峰值功率達到平均功率的2倍，而平均功率與連續(xù)輸出時相同。比如，平均功率1KW的激光器能產生100-1000Hz范圍內的波形輸出，峰值功率達到2KW，而平均功率仍然為1KW。焊接區(qū)產生的煙塵及微粒子會使激光束發(fā)生散射，大約有40%的激光能量會在焦點處損失。煙塵集中到能反射激光束的程度需要一些時間。當激光能量減少時，煙塵會迅速消散。超級模式就是利用了這一點，在煙塵達到一定濃度之前迅速輸入能量，然后等煙塵降到反射濃度閾值之下后開始輸出下一個高峰值功率。不同的合金有不同的超級調整頻率。在焊接中使用超級調整也能減少孔隙及發(fā)熱量。在鐵合金中，這些超級模式的連續(xù)激光器能在平均功率500W的情況下達到1.5mm的熔深，在1KW情況下達到3.5mm的熔深，而2KW情況下熔深可達到8mm。 -)O kG#J@
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這兩種激光通常都采用光纖束傳輸，簡化了焊接系統(tǒng)設計，并使焊接過程更加一致可靠。光纖標準長度為5-50m，末端有稱為聚焦頭的標準聚焦裝置，聚焦頭將光纖傳輸過來的激光束聚焦到工件上。這些聚焦頭可以是簡單的直筒形狀元件，也有90度角的拐角形狀。CCTV監(jiān)視系統(tǒng)是常用選項，它可以透過激光棱鏡將照相機的焦點投射到工件表面，再加一個十字交叉線發(fā)生器，系統(tǒng)就具備了簡單的“對準、加工”功能。其他的選項還包括多點棱鏡，環(huán)形焦點光學鏡頭，焊嘴，氣刀等。 i$JG^6,O
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時間共享和能量共享的多路傳輸方式 RCh$j&Tn
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光纖傳輸可以使激光束通過時間共享和能量共享多路傳輸?shù)酵还ぷ髡镜牟煌ぜ虿煌ぷ鲄^(qū)。時間共享方式最多可以實現(xiàn)6路光纖輸出，每個光纖之間的轉換時間低至50msec。激光參數(shù)可以在不同的工作站之間修改。當激光加工時間比工件安裝時間或變位時間短，以及工作站之間同步要求不嚴格時常采用時間共享方式。能量共享方式是將激光能量分配到多路光纖進行同步傳輸。這樣可以實現(xiàn)50：50的2路傳輸，或者等額能量的3路或4路傳輸。根據(jù)加工要求，系統(tǒng)也可以設置為不等額傳輸。能量共享方式能夠使焊接過程中沒有變形。當焊接同時發(fā)生在同一工件的對稱位置時，焊接產生的力會對等并相互抵消。如果能同時焊接，能量共享模式還能縮短產品的生產周期。能量共享傳輸同時還能采用時間共享模式。 RZ|HwYG
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GSI集團在全球的應用中心會幫助您開發(fā)激光焊接解決方案。我們能提供具體到以下方面的支持，如選擇適合的激光源，光束傳輸，及焊接規(guī)劃。對于其他項目，我們能幫您選擇合金，進行焊縫設計，安裝開發(fā)，訂制光學系統(tǒng)，控制整合，及測試樣品的生產。 c
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設計者與產品工程師應該熟悉激光器的特性，優(yōu)勢，及應用，也應該了解如何設計零件，應用和系統(tǒng)，這樣才能最大限度的發(fā)揮激光焊接的優(yōu)勢。自從工業(yè)激光器出現(xiàn)起，激光焊接已經代替了傳統(tǒng)焊接加工，比如電阻點焊或電弧焊接，因為激光焊接有如下幾個基本優(yōu)勢： YBtq0c
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發(fā)熱量最小，元件變形最小 MvZ+ n
一致性好，可重復性高 sb}K%-
(HAZ) 熱響應區(qū)小 GJ C!0{8;
焊縫狹窄美觀 < QDr,Hj
焊接高強度 YN%=Oq
容易實現(xiàn)過程自動化 GUu\dl9WA'
高精確度，控性靈活 s- ,=e
能焊接不同材料 smfG, TI
通常不需要助焊劑或填充材料 5) d,G9
光束操作靈活，可以光纖傳輸 &'5@azU
能夠對其他技術難以焊劑的區(qū)域進行焊接 @<D' - mMt
通常比其他技術速度更快，有更大的產量 ? G$O m
用途廣泛 (同一工具可用于激光切割于激光鉆孔) 'Q:i&dTg
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（文章轉自網(wǎng)絡，作者：GSI）
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