激光焊接的工藝參數(shù)和工藝方法
介紹了激光焊接的工藝參數(shù)和工藝方法~
激光焊接工藝參數(shù)
1、 功率密度
功率密度是激光加工中最關鍵的參數(shù)之一。使用較高的功率密度，表面可以在微秒內(nèi)加熱到沸點，產(chǎn)生大量的蒸發(fā)。因此，高功率密度有利于材料的去除，如沖孔、切割和雕刻。對于較低的功率密度，表面溫度需要幾毫秒才能達到沸點。在表面蒸發(fā)前，底部達到熔點，容易形成良好的熔化焊接。因此，在傳導激光焊接中，功率密度在范圍內(nèi)104~106W/cm2。
2、
激光脈沖波形是激光焊接中的一個重要問題，尤其是薄片焊接。當高強度激光束射入材料表面時，金屬表面就會出現(xiàn)60~98%的激光能量反射損失，反射率隨表面溫度而變化。金屬反射率在激光脈沖作用期間變化很大。
3、 激光脈沖寬度
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一。它不僅是不同于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設備成本和體積的關鍵參數(shù)。
4、離焦對焊接質(zhì)量的影響
激光焊接通常需要離開文章1，因為激光焦點光斑中心的功率密度太高，容易蒸發(fā)成孔。在離開激光焦點的平面上，功率密度分布相對均勻。
離焦有兩種方法：正離焦和負離焦。焦平面位于工件上方，為正離焦，反之亦然。根據(jù)幾何光學理論，當正負離相等時，相應平面上的功率密度幾乎相同，但實際上獲得的熔池形狀不同。負離焦可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬，問分蒸發(fā)，形成市壓蒸汽，以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。同時，高濃度的汽體將液相金屬移動到熔池的邊緣，并在熔池的中心形成凹陷。當負離焦時，材料的內(nèi)部功率密度高于表面，容易形成更強的熔化和蒸發(fā)，使光能傳遞到材料的深度。因此，在實際應用中，當需要較大的熔深時，采用負離焦；焊接薄材料時，應采用正離焦。
激光焊接工藝方法
1、片間焊接。包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等四種工藝方法。
2、絲與絲的焊接。包括絲與絲對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等四種工藝方法。
3、金屬絲與塊狀元件的焊接。激光焊接可成功實現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，塊狀元件的尺寸可任意。焊接時應注意絲狀元件的幾何尺寸。
4、焊接不同的金屬。焊接不同類型的金屬應解決焊接性能和焊接參數(shù)的范圍。只有一些特定的材料組合才能使不同材料之間的激光焊接。
激光釬焊
部分元件的連接不應采用激光熔焊，但可以采用激光作為熱源進行軟釬焊和硬釬焊，也具有激光熔焊的優(yōu)點。釬焊的方法有很多種，其中激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接，特別是組裝技術(shù)。與其他方法相比，激光軟釬焊具有以下優(yōu)點：
1、由于局部加熱，元件不易造成熱損傷，熱影響面積小，可在熱敏元件附近進行軟釬焊。
2、無需任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上加工雙面元件。
3、重復操作穩(wěn)定性好。焊劑對焊接工具污染小，激光照射時間和輸出功率控制方便，激光釬焊成品率高。
4、激光束易于分光，時間和空間可以用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學元件分割，可以實現(xiàn)多點對稱焊接。
5、波長多用于激光釬焊1.06um激光作為熱源，可以用光纖傳輸，因此可以在傳統(tǒng)方式不易焊接的部位加工，具有良好的靈活性。
6、聚焦性好，易于實現(xiàn)多工位裝置的自動化。
激光深熔焊
1、冶金工藝及工藝理論
激光深熔焊冶金的物理工藝與電子束焊非常相似，即能量轉(zhuǎn)換機制是通過小孔結(jié)構(gòu)完成的。材料在足夠高的功率密度光束下蒸發(fā)形成小孔。
這個充滿蒸汽的小孔就像一個黑色的身體，幾乎所有的能量都被吸收到射線中，孔腔內(nèi)的平衡溫度約為2.5萬度。熱量從高溫孔腔的外壁傳遞出來，使周圍孔腔的金屬熔化?？變?nèi)充滿了光束照射下壁材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，孔周圍是熔融金屬，液體金屬周圍是固體材料。孔壁外的液體流動和壁表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力保持一致，并保持動態(tài)平衡。光束繼續(xù)進入孔，孔外的材料繼續(xù)流動。隨著光束的移動，孔總是處于流動的穩(wěn)定狀態(tài)。也就是說，孔周圍的熔融金屬隨著前導光束的前進速度向前移動，熔融金屬填充了孔移除后留下的間隙，然后冷凝，形成焊縫。
2、影響因素
影響激光深熔焊的因素包括：激光功率、激光束直徑、材料吸收率、焊接速度、氣體保護、透鏡焦長、焦點位置、激光束位置、激光功率逐漸升降控制。
3、激光深熔焊的特點和優(yōu)點
特點：（1）高深寬比。由于熔融金屬在圓柱形高溫蒸汽腔周圍形成并延伸到工件，焊縫變得又深又窄。（2）最小熱輸入。由于源腔溫度高，熔化過程發(fā)生得非常快，輸入工件的熱量非常低，熱變形和熱影響區(qū)域非常小。（3）高致密性。由于充滿高溫蒸汽的小孔有利于熔融池的混合和氣體的逸出，導致無氣孔的熔化和焊接。焊接后的高冷卻速度很容易細化焊縫組織。（4）強化焊縫。（5）精確控制。（6）非接觸、大氣焊接工藝。
優(yōu)點：（1）由于聚焦激光束的功率密度遠高于傳統(tǒng)方法，焊接速度快，熱影響區(qū)和變形小，鈦、石英等難焊材料也可焊接。（2）由于光束易于傳輸和控制，不需要經(jīng)常更換焊炬和噴嘴，顯著減少了停機輔助時間，因此負荷系數(shù)和生產(chǎn)效率較高。（3）由于純化效果和冷卻速度高，焊縫強，綜合性能高。（4）由于熱輸入平衡低，加工精度高，可以降低再加工成本。此外，激光焊接的旋轉(zhuǎn)成本也相對較低，可以降低生產(chǎn)成本。（5）易于實現(xiàn)自動化，可有效控制光束強度和精細定位。
4、激光深熔焊設備
激光深熔焊通常選擇連續(xù)波CO2該激光器能保持足夠高的輸出功率，產(chǎn)生小孔效應，熔化整個工件截面，形成強大的焊接接頭。
就激光器本身而言，它只是一種平行光束，可以產(chǎn)生良好的熱源和方向光束。如果將其引導并有效處理到工件中，其輸入功率具有很強的相容性，可以更好地適應自動化過程。
為了有效地進行焊接，激光和其他必要的光學、機械和控制部件共同形成了一個大型焊接系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括激光器、光束傳輸部件、工件的裝卸和移動裝置，以及控制裝置。該系統(tǒng)可以簡單地由操作員手動處理和固定，也可以包括自動裝卸、卸載、固定、焊接和檢查。該系統(tǒng)的總體設計和實施要求是獲得滿意的焊接質(zhì)量和高生產(chǎn)效率。
