激光焊接的特点及应用分析

来源:欧锐激光    关键词:激光焊接, 激光器, 特点,    发布时间:2019-11-08

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激光焊接的特点

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70 年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。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。以小孔效应为理论基础的深熔焊接,在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 



与其它焊接技术相比,激光焊接的主要有以下几个优点:

1.速度快、深度大、变形小 。

2.可焊接难熔材料如钛、石英等,并能对异性材料施焊,效果良好。

3.可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

4.能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。  

5.激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。  

6.激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工。

7.可焊接难以接近的部位,施行非接触远距离焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。

激光焊接应用领域

01.粉末冶金领域

随着科学技术的不断发展,许多工业技术上对材料特殊要求,应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。

由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点,在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料,随着粉末冶金材料的日益发展,它与其它零件的连接问题显得日益突出,使粉末冶金材料的应用受到限制。


在八十年代初期,激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域,为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景,如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石,由于结合强度低,热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落,采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。


02.电子工业应用

激光焊接在电子工业中,特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小、加热集中迅速、热应力低,因而在集成电路和半导体器件壳体的封装中,显示出独特的优越性。在真空器件研制中,激光焊接也得到了应用,如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。



传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm,采用传统焊接方法难以解决。由于TIG焊容易焊穿、等离子稳定性差、影响因素多,所以采用激光焊接。


03.制造业应用

激光拼焊技术在国外轿车制造中得到广泛的应用,据统计,2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条,年产轿车构件拼焊坯板7000万件,并继续以较高速度增长。国内生产的引进车型Passat,Buick,Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。

日本以CO2激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接,在超薄板焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片,无法熔焊,但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功,显示了激光焊的广阔前途。



并且还在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修等,在国内苏宝蓉等还进行了齿轮的激光焊接技术。  


04.生物医学领域

生物组织的激光焊接始于20世纪70年代,Klink等及jain用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性,使更多研究者尝试焊接各种生物组织,并推广到其他组织的焊接。有关激光焊接神经方面目前国内外的研究主要集中在激光波长、剂量及其对功能恢复以及激光焊料的选择等方面的研究,刘铜军进行了激光焊接小血管及皮肤等基础研究的基础上又对大白鼠胆总管进行了焊接研究。



激光焊接方法与传统的缝合方法比较,激光焊接具有吻合速度快,愈合过程中没有异物反应,保持焊接部位的机械性质,被修复组织按其原生物力学性状生长等优。因此,激光焊接将在以后的生物医学中得到更广泛的应用。


05.汽车工业应用

20世纪80年代后期,千瓦级激光成功应用于工业生产,而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业,成为汽车制造业突出的成就之一。

德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接,90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造,尽管起步较晚,但发展很快。

意大利菲亚特在大多数钢板组件的焊接装配中采用了激光焊接,日本的日产、本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺,高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用得越来越多。



在工艺方面美国Sandia国家实验室与PrattWitney联合进行在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究,德国不莱梅应用光束技术研究所在使用激光焊接铝合金车身骨架方面进行了大量的研究,认为在焊缝中添加填充金属有助于消除热裂纹,提高焊接速度,解决公差问题,开发的生产线已在奔驰公司的工厂投入生产。