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金属激光焊接技术

   激光焊接具有加热集中、热损伤小、焊缝深宽比大、焊接变形小等优点。焊接工艺易于集成化、自动化和柔性,可实现高速高精度焊接,特别适用于复杂结构的高精度焊接。

 

焊接原理

   激光焊接是将高强度激光辐射到金属表面,通过激光与金属之间的热耦合使金属熔解、再结晶并形成焊接的一种技术。根据激光焊接的热机理,可分为导热焊和深熔焊两种类型。热导焊接适用于精密零件的包装焊接或微纳焊接。在深熔焊过程中,孔效应类似于电子束焊,形成深度和宽度较大的焊缝。


常见的激光类型

二氧化碳气体激光器

   这种激光器工作在CO2气体中,输出10.6 m波长的激光器,按照激光器的激励结构,分为横向流和轴向流两种。虽然交叉流CO2激光器的输出功率已经达到150kW,但光束质量较差,不适合焊接。轴向CO2激光器光束质量好,可用于激光反射率高的铝合金焊接。

 

YAG固体激光器

   激光器的工作介质为红宝石、钕玻璃和掺钕钇铝石榴石,输出波长为1.06 m激光器。YAG激光器比CO2激光器更容易被金属吸收,受等离子体的影响较小。

 

YLR光纤激光器

   这种激光器是基于光纤,掺杂了不同的稀土离子,输出波长范围在1.08 m左右,也是光纤传输。采用双包层光纤结构,增加了泵浦长度和泵浦效率,大大提高了光纤激光器的输出功率。

 

焊接特点

金属激光焊接具有加热集中、焊缝深宽比大、焊接结构变形小的特点。这种激光焊接方法的缺点如下:

(1)激光聚焦点直径小,对工件焊接装配精度要求高。一般装配间隙和偏心量应小于0.1mm或板厚的10%,增加了复杂的三维焊接结构的实施难度。


(2)激光深熔焊对激光功率要求较高。深熔焊依赖于激光功率密度和线能的双阈值,这两个阈值限制了焊接过程中的熔池行为,最终反映了焊缝的成形特性。为优化全熔透焊缝工艺,可定义焊缝成形特性。


(3)强烈的金属蒸发是高功率激光的作用下生成的,和金属蒸气/ photoplasma云形成钥匙孔效应在焊接过程中影响铝合金激光能量的吸收,导致深熔焊过程的不稳定,和焊缝容易产生气孔等缺陷,表面崩溃和咬边。


(4)激光焊接加热和冷却速度快,焊缝硬度高于电弧。由于合金元素在焊接过程中的燃烧损失,影响了合金的强化效果。


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