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激光焊接机的原理

激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,假如焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,这一效应可用于焊接工艺高 功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器,主要有两大类,一类是固体激光器,又称Nd:YAG 激光器。Nd(钕)是一种稀土族元素,YAG代表钇铝柘榴石,晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm,主要优点是产生的光束可以通 过光纤传送,因此可以省往复杂的光束传送系统,适用于柔性制造系统或远程加工,通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的 Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器,又称CO2激光器,分子气体作工作介质,产生均匀为10.6μm的红外激光,可以连续工作并输出很高的功率,标 准激光功率在2-5千瓦之间。 

激光焊接的工艺参数 
   1)功率密度 
    激光焊接机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 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 
    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。 
 
    激光焊接的应用领域 
    激光焊接机在制造行业、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业以及其他领域都有广泛的应用。 
    激光焊接在汽车制造业的发展现状,缩减如下: 
    目前,德国大众汽车公司在AudiA6、GolfA4、Passat等品牌的车顶均采用激光焊接,宝马、通用公司在车架顶部也采用激光焊接,德国奔驰公司则采用激光焊接传动部件。 
    除了激光焊接,其他激光技术也得到了广泛应用:大众、通用、奔驰、日产公司应用了激光技术切割覆盖件,菲亚特和丰田公司应用激光涂覆发动机排气阀,大众公司则对发动机凸轮轴进行激光表面硬化处理。 
    从目前国内的情况来看,国际品牌的国产化车型:帕萨特、波罗、途安、奥迪、东风标致、福克斯等都已经采用激光焊接技术,其中一汽大众奥迪A6顶盖和宝来后盖 采用激光焊接,速腾和途安的车身激光焊缝长度分别达到30、40m。此外,国内自主汽车品牌的华晨、奇瑞、吉利汽车也相继在其新车型上应用激光焊接技术。 





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