激光焊接技术..ppt

激光焊接技术
目录
激光焊接的特点
激光焊接原理
激光焊接的应用
激光焊接的展望
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激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理等的一门技术。如果激光束按照一定的时间和能量值,投射到需处理的材料上,瞬间使材料表面获得很高的能量,其组织结构以及性能发生改变,从而实现加工的目的。激光加工技术主要包括激光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光切割、激光快速成型、激光烧结合成功能陶瓷材料技术、激光制膜技术、激光微加工、激光制备纳米材料技术、激光气相沉积等。
激光加工技术具有高效、高精度、高质量、使用范围广、节能环保等特点,并能实现柔性加工和超细微加工。在汽车制造、钢铁冶金、微电子、航空、机械制造、纺织业、化工业、建筑和造船工业等领域得到了广泛的应用,有些行业(如汽车和微电子行业)已达到了较高的水平。
引言
(1)激光焊接原理
激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104-105 W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105-107 W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。
热传导型焊接:激光束辐射加热待加工工件表面,表面温度升高,通过热传导使得表层一下一定深度受热,在一定的激光工艺参数(如激光功率,脉冲宽度等)得到特定的熔池,通过激光束的移动,达到焊接工件的目的。
激光深熔焊接:当激光功率密度达到特定值,待加工工件表面材料汽化形成小孔,吸收了激光能量的小孔内部温度很高,使得其周围金属熔化。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。小孔随着激光束的移动而移动,液态金属向反方向流动填充小孔移开后留下的空隙,并冷却形成焊缝。
(2)激光焊接的特点
优点:
(1)激光焊接属于非接触性焊接过程,机具的损耗与变形可降至最低。
(2)焊缝窄,熔深比大,焊接接头热影响区小,焊后工件变形小。
(3)不需要在真空条件下进行,焊接不受磁场影响。(比之于电子束焊)
(4)激光束可以聚焦到很小的区域,适合进行小型件的焊接。
(5)可焊材质范围大,能够实现难焊金属的焊接,可用于异种金属焊接。
(6)柔性大,易于实现高速自动化焊接,等等。
缺点:
(1)激光器及焊接系统各配件价格昂贵,初期投资成本高。
(2)激光焊接的聚焦光斑较小,因此对工件接头的装配精度要求较高。
(3)固体材料对激光的吸收率低,能量转化率较低,不足10%。
(4)焊接过程中可能产生等离子体,影响焊接质量。
开发了一些符合焊接工艺:
激光填丝焊(增强焊接厚板的能力),激光-电弧复合焊接(提高能量转化率)等
激光-电弧复合焊示意图
激光填丝焊示意图
(2)激光焊接的应用
随着工业激光器的发展和科研人员对焊接工艺的深入研究, 激光焊接技术已在许多领域得到应用。但由于激光焊接设备的成本及维修费用较高, 目前能够广泛使用激光焊接的, 多为大批量生产或大规模零件焊接的行业, 例如汽车工业、造船业等, 或者一些投资较大的特殊领域, 如航空航天业、核能工业等。
(a)在汽车工业中的应用
激光拼焊技术
车身激光焊接
汽车零部件焊接
据悉, 采用激光拼焊板技术, 能够将原来20多套成型模具减少到4~8套, 材料利用率由40%提高到65%, 并且加工效率高, 废品率低。
激光拼焊原理图
激光拼焊在车身中的应用