激光焊接基礎(chǔ)知識(shí)

激光焊接是一種非接觸過程，需要從焊接部件的一側(cè)進(jìn)入焊接區(qū)。

? 當(dāng)強(qiáng)激光快速加熱材料時(shí)（通常以毫秒計(jì)算），就會(huì)形成焊縫。

? 通常有 3 種類型的焊縫：

– 傳導(dǎo)模式。

– 傳導(dǎo)/穿透模式。

– 穿透或鎖孔模式。

? 傳導(dǎo)模式焊接以低能量密度進(jìn)行，形成淺而寬的焊核。

? 傳導(dǎo)/滲透模式發(fā)生在中等能量密度時(shí)，且比傳導(dǎo)模式具有更強(qiáng)的滲透性。

? 穿透或鎖孔模式焊接的特點(diǎn)是焊縫深而窄。

– 在這種模式下，激光會(huì)形成一種蒸發(fā)材料的細(xì)絲，稱為“鎖孔”，它延伸到材料中并為激光有效地傳送到材料中提供管道。

– 這種將能量直接傳遞到材料中的方法不依賴傳導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)穿透，從而最大限度地減少傳遞到材料的熱量并減少熱影響區(qū)。

傳導(dǎo)焊接

? 傳導(dǎo)連接描述了一系列激光束聚焦的過程：

– 功率密度達(dá)到 103 Wmm?2 量級(jí)

– 它融合材料以形成接頭，而不會(huì)產(chǎn)生明顯的汽化。

? 傳導(dǎo)焊接有兩種模式：

– 直接加熱

– 能量傳輸。

直接加熱

? 直接加熱時(shí)，

– 熱流受表面熱源的經(jīng)典熱傳導(dǎo)控制，焊接是通過熔化基材的部分來完成的。

? 第一次傳導(dǎo)焊接是在 1 世紀(jì) 1960 年代初進(jìn)行的，采用低功率脈沖紅寶石和 CO2 用于電線連接器的激光器。

? 可以使用多種配置的線材和薄板對(duì)多種金屬和合金進(jìn)行傳導(dǎo)焊接。

– CO2 、Nd：YAG 和二極管激光器，功率水平為幾十瓦。

– 直接加熱 CO2 激光束還可以用于聚合物板材的搭接焊和對(duì)接焊。

傳動(dòng)焊接

? 透射焊接是連接透射Nd：YAG 和二極管激光器的近紅外輻射的聚合物的有效方法。

? 通過新穎的界面吸收方法吸收能量。

? 只要基質(zhì)和增強(qiáng)材料的熱性能相似，復(fù)合材料就可以連接在一起。

? 傳導(dǎo)焊接的能量傳輸模式適用于傳輸近紅外輻射的材料，特別是聚合物。

? 在搭接接頭的界面處涂上吸收油墨。油墨吸收激光束能量，并將能量傳導(dǎo)至周圍有限厚度的材料中，形成熔融界面膜，并在焊接接頭處固化。

? 可以進(jìn)行厚截面搭接接頭，而無需熔化接頭的外表面。

? 對(duì)接焊可以通過將能量以一定角度穿過接頭一側(cè)的材料導(dǎo)向接頭線來進(jìn)行，或者如果材料具有高透射性，則從一端導(dǎo)向接頭線來進(jìn)行。

激光焊接和釬焊

? 在激光焊接和釬焊工藝中，光束用于熔化填充物，從而潤濕接頭邊緣而不會(huì)熔化基材。

? 激光焊接在 1980 世紀(jì) 年代初開始流行，用于通過印刷電路板上的孔連接電子元件的引線。工藝參數(shù)由材料特性決定。

穿透激光焊接

? 在高功率密度下，如果能量能夠被吸收，所有材料都會(huì)蒸發(fā)。因此，當(dāng)以這種方式焊接時(shí)，通常會(huì)因蒸發(fā)而形成孔洞。

? 然后這個(gè)“孔”穿過材料，熔融的壁將其后面密封。

? 結(jié)果就是所謂的“鎖孔焊接”。其特點(diǎn)是熔合區(qū)平行且寬度較窄。

激光焊接效率

? 定義這一效率概念的術(shù)語稱為“連接效率”。

? 連接效率并不是真正的效率，因?yàn)樗膯挝皇牵ㄟB接平方毫米/供給千焦耳）。

– 效率=Vt/P（切割特定能量的倒數(shù)），其中V = 移動(dòng)速度，mm/s；t = 焊接厚度，mm；P = 入射功率，KW。

連接效率

? 連接效率值越高，不必要的加熱所消耗的能量就越少。

– 降低熱影響區(qū) (HAZ)。

– 降低失真。

? 在這方面電阻焊接最有效，因?yàn)槿酆虾蜔嵊绊憛^(qū)能量僅在要焊接的高電阻界面處產(chǎn)生。

? 激光和電子束也具有良好的效率和高功率密度。

工藝變化

? 電弧增強(qiáng)激光焊接。

– 安裝在靠近激光束相互作用點(diǎn)的 TIG 焊槍產(chǎn)生的電弧將自動(dòng)鎖定在激光產(chǎn)生的熱點(diǎn)上。

– 產(chǎn)生這種現(xiàn)象所需的溫度比周圍溫度高出約 300°C。

– 其效果是要么穩(wěn)定由于移動(dòng)速度而不穩(wěn)定的電弧，要么降低穩(wěn)定電弧的阻力。

– 鎖定僅發(fā)生在電流較小且陰極噴射速度較慢的電弧中；即電流小于 80A。

– 電弧與激光位于工件的同一側(cè)，這使得焊接速度加倍，而資本成本則略有增加。

? 雙光束激光焊接

– 如果同時(shí)使用 2 束激光，那么就可以控制焊池的幾何形狀和焊道形狀。

– 使用 2 束電子束可以穩(wěn)定小孔，從而減少焊接池上的波浪，并提供更好的穿透性和焊道形狀。

– 準(zhǔn)分子和 CO2 激光光束組合表現(xiàn)出改進(jìn)的耦合效果，可以獲得高反射率材料（例如鋁或銅）的焊接。

– 增強(qiáng)耦合主要考慮以下因素：

? 通過準(zhǔn)分子引起的表面波紋來改變反射率。

? 通過準(zhǔn)分子產(chǎn)生的等離子體進(jìn)行耦合而產(chǎn)生的二次效應(yīng)。