第2章激光焊-2激光焊接解剖ppt

  * * 激光焊接的焊接结构 早期焊接结构 焊接结构也由对接接头(butt joint)、搭接接头(overlap joint)。 扩展的焊接结构 角接接头(fillet joint)、车身接头(coach joint)、端接接头(standard edge joint)。 * 几种常见的激光焊接接头结构  * * 激光焊接的技术特点 质量优势 技术特质 实际应用 1．激光焊接变形小 激光焊接单位体积内的包含的能量高 汽车覆盖面板的拼焊 2．焊缝深宽比大，晶粒细小 激光焊接需要的总能量少 焊接超高强度的舰艇钢 3．激光焊接钢板深冲性能好 焊缝的深冲性能优于母材 汽车外壳，汽车底板 4．激光焊接强度高 激光焊接不用填料 多联齿轮组的焊接 5．焊接脆性材料 激光焊接强韧性好 高取向 硅钢板的对焊 6．焊接异形工件 激光焊接适应性强 不等厚钢板的焊接 7．焊缝精细美观 焊缝深宽比大，热影响区小 电子元件封焊 8．激光焊接质量放心可靠 激光焊接速度快，效率高 不锈钢钢制管 * * 目前的激光加工方法及技术 加工方法 激光打孔、激光切割、激光热处理、激光涂覆、激光重熔处理、激光合金化、激光上釉、激光打标 。 加工技术 激光成型、激光模型制造、激光晰磨、激光配平,激光微加工以及激光焊接 。 * 激光焊接的工业应用实例 不锈钢毛细管.激光焊接 微型声纳传感器.激光焊接 * 激光焊接的工业应用实例 微型喷嘴·激光焊接 钛管·激光焊接 * 激光焊接的工业应用实例 汽车不等厚板·激光焊接 钢板制管·激光焊接 * * 激光焊接的焊缝特点 对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处熔化金属,由于材料的瞬时气化而形成深穿型的圆孔空腔,随着激光束与工件的相对运动,使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝,其焊缝形状深而窄,即具有较大的熔深熔宽比,在高功率器件焊接时深宽比可达5:1,最高可达10:1。 * * 激光焊接的应用领域 制造业应用 粉末冶金领域 汽车工业 电子工业 生物医学 其它领域 * * 激光焊接在汽车工业中的应用 汽车零部件的激光焊接 到目前为止，国外激光焊接已经在汽车零部件生产中得到十分普遍的应用，包括尾气排放系统、变速器双联齿轮、减震器轴储油缸筒、滤清器和车六铰链等。 激光拼焊技术 为降低车身质量，在进行车身的设计制造时，往往根据车身不一样的部位的性能要求，选择钢材等级和厚度不同的钢板冲压成各个不同板件，然后通过激光裁剪和拼焊的办法完成车身某个部位的制造。 * * 激光焊接在汽车工业中的应用 汽车车身框架激光焊接技术 传统上汽车车身框架的焊接是采用点焊的方法来完成的，但是点焊需要占据两对接部件的搭接量大，相应的需钢量也多，且由于点焊的不连续性，焊后的车身框架刚度较差。现在大多汽车生产企业都采用了激光焊接代替点焊用于车身框架的焊接。 * * 改善和发展激光焊接的新技术 １. 填充焊丝激光焊 激光焊接一般不填充焊丝，但对焊件装配间隙要求很高，实际生产中有时很难保证，限制了其应用场景范围。采用填丝激光焊，可大幅度的降低对装配间隙的要求。 ２. 光束旋转激光焊使激光束旋转进行焊接的方法，也可大幅度的降低焊件装配以及光束对中的要求。 * 改善和发展激光焊接的新技术 3．激光焊接质量在线检测与控制 利用等离子体的光、声、电荷信号对激光焊接过程进行仔细的检测，近年来已成为国内外研究的热点，少数研究成果已达到了闭环控制的程度。图1是激光焊接质量检验和控制管理系统的实例。 * * 激光与电弧复合焊接法 激光-TIG复合焊明显地增加焊速r其焊速约为TIG焊的2倍。激光一MIG复合焊由于填充焊丝和电弧加热范围较宽，明显地增加了对间隙的桥接性。综合了两种焊接的特点，激光与电弧复合焊获得的焊缝顶部宽、深度大且激光产生的等离子体减小了电弧引燃和维持的阻力，使电弧更稳定。复合焊增强了焊接适应性，且增加焊接效率。激光电弧复合焊对焊接效率的提高十分显著主要是基于两种效应，一是较高的单位体积内的包含的能量导致较高的焊接速度;二是两热源相互作用的叠加效应。 * 激光-TIG复合焊  * * 激光焊接设备的发展现状 泵浦固体激光 焊缝宽度极小，可使激光束作横向运动扩大了熔化宽度。 半导体激光设备 体积小、质量轻,可直接搭载于机器人上进行焊接等加工，另外也可用光纤传输半导体激光进行焊接。 激光远程焊接设备 目前，已有固定龙门式加工机+CO2激光器、机器人+光纤激光器或盘式YAG激光器等汽车车身件制造用激光远程焊接设备。 * * * * 第二章 激光焊 激光焊接简介 激光焊接的应用 激光焊接的新技术 * * 激光焊接简介 激光焊接是近年来增长最快.也是发展最被看好的一项激光加工技术。 激光焊接原理: 激光焊接是将高强度的激光束辐射致金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。 * 激光焊接的特点 激光焊接的主要特征 热量输入很小、焊缝深宽比大，热影响区小导致工件收缩和变形很小，无需焊后矫形。 焊缝强度高焊接速度快焊缝窄且通常表面状态好，免去焊后清理等工作。 焊接一致性、稳定性高一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料焊接。 光束易于控制，焊接定位精确易于实现自动化。 与其他焊接工艺方法比较激光焊接的前期投资较大。 被焊工件装配精度高，相对而言对光束操控的精确性也有较高的要求。 * * 激光焊接的优点 加热范围小，焊缝和热影响区窄，接头性能优良；残余应力和焊接变形小，能轻松实现高精度焊接；可对高熔点、高热导率，热敏感材料及非金属进行焊接；焊接速度快，生产率高；具有高度柔性，易于实现自动化。 1、速度快、深度大、变形小。 ?? ?2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料来焊接。 ??? 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。  ??? 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1??? 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。???? 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来， 在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更广泛的推广和应用。  7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 激光焊接也存在着一定的局限性： ??? 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，非常容易导致焊接缺憾。 ??? 2、激光器及其相关系统的成本比较高，一次性投资较大。 * * 激光焊接缺陷 ??? 激光焊接的常见缺陷有气孔、裂纹、氧化、咬边、焊缝表面凹凸不平、焊深不足或焊缝深浅不一致等。其中，前两种是焊缝的主要内部缺陷，后几种多数是与焊缝成形性有关的缺陷。气孔、裂纹对焊缝性能影响极大。 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104~106W/CM2。 ??? 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，且反射率随表面气温变化。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，也是决定加工设施造价及体积的关键参数。 ??? 4、离焦量对焊接质量的影响。 ??? 激光焊接常常要一定的离焦，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，当正负离做文章一相等时，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相同。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。 * * 激光焊接的设备 激光器 主要有CO2气体激光器和YAG固体激光器两种 导光系统 导光聚焦系统由圆偏振镜、扩束镜、反射镜或光纤、聚焦镜等组成，实现改变光束偏振状态、方向，传输光束和聚焦的功能。 焊接机 实现光束与工件之间的相对运动，完成激光焊接，分焊接专机和通用焊接机两种。 控制管理系统 * 高功率激光器 该激光器功率高，光路、气路、水路全部由计算机控制，可在10000W的功率下持续工作24小时之后。 * * 激光焊接的工艺特点 热传导焊接 当激光照射到材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加以熔化，材料表面的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 激光深熔焊 工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向挪动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝 * * 激光深熔焊 激光深熔焊熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深熔焊。 *

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