在机械制造方面,激光更是发挥出巨大的作用,激光切割、激光焊接、激光淬火、激光抛光、激光微细加工、激光熔覆与激光合金化、激光板料成形等技术都有着不俗的表现,而今天我们就深入了解一下激光焊接技术。

一、激光焊接技术的发展

激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接技术历经由脉冲波形向连续波形的发展,由小功率薄板焊接向大功率厚件焊接发展,由单工作台单工件加工向多工作台多工件同时焊接发展,以及由简单焊缝形状向可控制的复杂焊缝形状发展,受激物质也包含了多种气体和固体晶体。

激光焊接技术的发展重点仍然集中于设备的开发研制,包括如何提高最大输出功率和如何提高光束的质量及其聚焦性能。

随着激光焊接技术的广泛应用与技术进步,激光焊接越来越接近人们心目中最理想的焊接方式,也越来越多地被人们所采用,并在理论与实践的双重推动下,发展得越来越快,而且激光焊接技术也越来越成熟。

二、激光焊接的原理及过程

激光蕴含极高能量,当激光照射到工件时,高能量使工件被照射部分熔化,这是激光焊接技术的基础,当然激光也属于光,因此被处理的工件表面不能太光滑,以减少激光反射。而激光只照射在工件一点,使工件局部达到极高温度而熔化,当激光作用终止,局部熔化的金属又会迅速凝固。

按激光束的输出方式不同,可以把激光焊分为脉冲激光焊和连续激光焊。若根据激光焊时焊缝形成特点,又可以把激光焊分为热导焊和深熔焊。前者使用激光功率低,熔池形成时间长,且熔深浅,多用于小型零件的焊接;后者使用的激光功率密度高,激光辐射区金属熔化速度快,在金属熔化的同时伴随着强烈的汽化,能获得熔深较大的焊缝,焊缝的深宽比较大,可达12:1。

激光焊接时,激光通过光斑向材料“注入”热量,材料的升温速度很快,表面以下较深处的材料能在极短的时间内达到很高的温度。焊件的穿透深度可以通过激光的功率密度来控制。

由于激光束可利用反射镜任意改变方向,因而能焊接用一般焊接方法难以接近工件的部位。激光焊接系统通常采用1～4kW的CO2激光器。由激光器产生的激光束经导光系统传递到抛物面镜反射聚焦,在焦点附近达5000～20000K的高温光束从喷嘴射出照射在金属板接缝处,瞬间将接缝处的金属材料熔化。激光束向前移动,熔化金属凝固,形成焊缝,将两块分离的金属板连成一整体。

由于气体激光器可以连续焊接,适用于焊接0.12～12mm厚的低合金钢、不锈钢、镍、钛、铝等金属及其合金。采用固体激光器焊接时,由于输出能量小(1～50J),脉冲激光持续时间短(<10ms),其焊点可小到几十微米。故可用于0.5mm以下厚度的金属箔片的点焊和连续点焊以及直径0.6mm以下金属丝的对焊;也适用于微型、精密、排列密集以及受热敏感的贵重仪器部件的焊接。激光焊接的接头型式与普通焊接相同。