激光焊接教材...ppt

激光焊接 CompanyLogo 激光的定義 激光是受激發(fā)射光 Laser Lightamplificationbystimulatedemissionofradia tion 是利用輻射激發(fā)光放大原理 使工件物質(zhì)受激而產(chǎn)生一種單色性高 方向性好及亮度大的光 經(jīng)透鏡或反射鏡高度聚焦后 供給焊接 切割或材料表面處理等所需的高功率密度熱源 CompanyLogo 激光加工簡介 激光加工的一般原理激光加工是一種重的高能束加工方法 它是利用激光高強度 高亮度 方向性好 單色性好的特性 通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細光束 直徑幾微米至幾十微米 獲得極高的能量密度 照射到材料上 使材料在極短的時間內(nèi) 千分之幾秒甚至更短 熔化甚至氣化 以達到加熱和去除材料的目的 CompanyLogo 激光加工簡介 激光加工特點適應(yīng)性強 激光加工的功率密度高 幾乎能加工任何材料 如各種金屬 陶瓷 石英 金剛石 橡膠等 加工精度高 激光束可聚焦成微米級的光斑 理論上直徑可小于1um 適合精密微細加工 加工質(zhì)量好 激光加工能量密度高 熱作用時間很短 整個加工區(qū)幾乎不受熱的影響 工件熱變形極小 故可加工對熱沖擊敏感的材料 加工速度快 激光加工只需0 01s 切割比常規(guī)方法提高效率率效率高8 20倍 激光焊接可提高效率30倍 微調(diào)薄膜電阻可提高1000倍 提高精度1 2個數(shù)量級 CompanyLogo 激光加工簡介 激光加工特點容易實現(xiàn)自動 激光束傳輸方便 易于控制 便于與機器人 自動檢測 計算機數(shù)字控制等先進技術(shù)相結(jié)合 通用性強 用一臺激光器給變不同的導(dǎo)光系統(tǒng) 可以處理各種形狀和尺寸的工件 也可以選擇適當(dāng)?shù)募庸l件 用同一臺裝置進行切割 打孔 焊接和表面處理等多種加工 節(jié)能節(jié)材 激光束的能量利用率為常規(guī)加工工藝的10 1000倍 激光切割可以節(jié)省材料15 30 CompanyLogo 激光焊接機 CompanyLogo 激光焊接機原理 激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬面 通過激光與金屬的相互作用 金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接 CompanyLogo 激光焊接機原理 1 熱傳導(dǎo)焊接 當(dāng)激光照射在材料表面時 一部分激光被反射 一部分被材料吸收 將光能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱熔化 材料表面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式繼續(xù)向材料深處傳遞 最后將兩焊件熔接在一起 激光焊接的機理有兩種 CompanyLogo 激光焊接接頭 CompanyLogo 激光焦點示意圖 CompanyLogo 激光焊接工藝參數(shù) 激光焊接的主要參數(shù) 離焦量 焊接速度 激光模式 坡口間隙 保護氣體 脈沖參數(shù) 激光功率 CompanyLogo 激光焊接的工藝參數(shù) AddYourTitle 對于一般激光焊接的工藝參數(shù) 1 功率密度 功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一 采用較高的功率密度 在微秒時間范圍內(nèi) 表層即可加熱至沸點 產(chǎn)生大量汽化 因此 高功率密度對于材料去除加工 如打孔 切割 雕刻有利 對于較低功率密度 表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒 在表層汽化前 底層達到熔點 易形成良好的熔融焊接 因此 在傳導(dǎo)型激光焊接中 功率密度在范圍在 CompanyLogo 激光焊接工藝參數(shù) 2 激光脈沖波形 激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題 尤其對于薄片焊接更為重要 當(dāng)高強度激光束射至材料表面 金屬表面將會有60 98 的激光能量反射而損失掉 且反射率隨表面溫度變化 在一個激光脈沖作用期間內(nèi) 金屬反射率的變化很大 3 激光脈沖寬度 脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一 它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù) 也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù) CompanyLogo 激光焊接工藝參數(shù) 4 離焦量 對焊接質(zhì)量的影響 激光焊接通常需要一定的離焦量 因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高 容易蒸發(fā)成孔 離開激光焦點的各平面上 功率密度分布相對均勻 離焦方式有兩種 正離焦與負離焦 焦平面位于工件上方為正離焦 反之為負離焦 按幾何光學(xué)理論 當(dāng)正負離焦平面與焊接平面距離相等時 所對應(yīng)平面上功率密度近似相同 但實際上所獲得的熔池形狀不同 負離焦時 可獲得更大的熔深 這與熔池的形成過程有關(guān) 實驗表明 當(dāng)要求熔深較大時 采用負離焦 焊接薄材料時 宜用正離焦 CompanyLogo 激光焊接工藝參數(shù) 對于激光深熔焊接的主要工藝參數(shù) 1 激光功率 激光焊接中存在一個激光能量密度閾值 低于此值 熔深很淺 一旦達到或超過此值 熔深會大幅度提高 只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過閾值 與材料有關(guān) 等離子體才會產(chǎn)生 這標志著穩(wěn)定深熔焊的進行 2 光束焦斑 光束斑點大小是激光焊接的最重要變量之一 因為它決定功率密度 3 焊接速度 焊接速度對熔深影響較大 提高速度會使熔深變淺 但速度過低又會導(dǎo)致材料過度熔化 工件焊穿 所以 對一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一個合適的焊接速度范圍 并在其中相應(yīng)速度值時可獲得最大熔深 CompanyLogo 激光焊接工藝參數(shù) YourText 4 保護氣體 激光焊接過程常使用惰性氣體來保護熔池 大多數(shù)應(yīng)用場合則常使用氦 氬 氮等氣體作保護 使工件在焊接過程中免受氧化 5 透鏡焦距 焊接時通常采用聚焦方式會聚激光 一般選用63 254mm 2 5 10 焦距的透鏡 6 焦點位置 焊接時 為了保持足夠功率密度 焦點位置至關(guān)重要 焦點與工件表面相對位置的變化直接影響焊縫寬度與深度 CompanyLogo 激光焊接工藝參數(shù) YourText 3 材料吸收值 材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性能 如吸收率 反射率 熱導(dǎo)率 熔化溫度 蒸發(fā)溫度等 其中最重要的是吸收率 8 激光束位置 對不同的材料進行激光焊接時 激光束位置控制著焊縫的最終質(zhì)量 特別是對接接頭的情況比搭接結(jié)頭的情況對此更為敏感 9 焊接起始 終止點的激光功率漸升 漸降控制 激光深熔焊接時 不管焊縫深淺 小孔現(xiàn)象始終存在 當(dāng)焊接過程終止 關(guān)閉功率開關(guān)時 焊縫尾端將出現(xiàn)凹坑 另外 當(dāng)激光焊層覆蓋原先焊縫時 會出現(xiàn)對激光束過度吸收 導(dǎo)致焊件過熱或產(chǎn)生氣孔 CompanyLogo 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例 激光熱傳導(dǎo)焊接 激光深熔焊接 激光釬焊 激光 電弧復(fù)合焊接 激光焊接技術(shù) 激光填絲焊接 CompanyLogo 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例 汽車傳動零部件激光焊接 CompanyLogo 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例 用激光可以焊接一些要求強