激光焊接及激光复合焊接工艺

一、激光焊接

 

激光辐射加热待加工表面,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、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。

 

 

对焊接件进行点焊固定

 

 

进行连续激光焊接

 

 

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于10~10 W/cm时,金属表面受热作用下凹成"孔穴",形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。

 

 

激光焊接技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域,给人们的生活质量带来了重大提升,更是引领家电行业进入了精工时代。

 

 

特别是在大众汽车创造的42米无缝焊接技术,大大提高了车身整体性和稳定性之后,家电领头企业海尔集团隆重推出首款采用激光无缝焊接技术生产的洗衣机,先进的激光技术可以为人民的生活带来巨大的改变。

 

二、激光复合焊接

 

激光复合焊接是激光束焊接与MIG焊接技术相结合,获得最佳焊接效果,快速和焊缝搭桥能力,是当前最先进的焊接方法。

 

 

激光复合焊的优点是:速度快,热变形小,热影响区域小,并且确保了焊缝的金属结构与机械属性。

 

 

激光复合焊除了汽车薄板结构件的焊接,还适用于很多其它应用。例如将这项技术应用于混凝土泵和移动式起重机臂架的生产,这些工艺需对高强度钢进行加工,传统技术往往会因为需要其它辅助工艺(如预热)而导致成本的增加。再则,该技术也可应用于轨道车辆的制造及常规钢结构(如桥梁,油箱等)。

 

激光复合焊接技术(如激光-MIG复合)在发动机机匣类零件和飞机钛合金结构焊接方面具有独特优势,比MIG焊接的热输入小很多,零件变形和焊后残余应力小,比电子束焊要求的装配精度低,在焊接过程中送丝可实现空间复杂形状安装座的角焊缝焊接。与MIG和激光焊相比,激光复合焊接的热源形式决定了其有更大的熔深和更好的外观质量。

 

 

激光复合焊接技术在航空发动机薄壁零件制造上有极大的优势和应用空间。焊接变形是影响薄壁零件质量和生产效率的主要因素之一,焊接变形的存在不仅影响产品的制造过程,更重要的是也影响产品的使用性能。产生零件焊接变形的根本因素是焊接过程中不均匀的加热和冷却造成的温度应力和材料组织转变(相变)引起的组织应力,而焊后残余应力还会对零件最终加工精度和尺寸稳定性、沉淀强化合金再热裂纹的产生以及零件的疲劳强度产生很大的不利影响,因此实现焊接变形控制是薄壁机匣类零件焊接的最主要技术难点。采用激光复合自动化焊接工艺是保证工艺过程稳定并控制零件变形、保证焊接工艺一致性和稳定性的最直接方法。

 

 

六种激光复合焊接技术

 

1、高频感应复合焊接技术

 

电磁感应是一种依赖于工件内部产生的涡流电阻热进行加热的方法,与激光一样属非接触性环保型加热,加热速度快,可实现加热区区域和深度的精确控制,特别适合于自动化材料加工过程,已在工业上得到了广泛的应用。

 

2、电弧复合焊接技术

 

电弧复合热源焊接方法早在20世纪80年代就由英国学者Steen提出,但自此以后很长时间内,科技工作者们并没有对其做更深一步的研究与发展。近年来,研究人员已经重新把注意力转移到这项技术上,并且尝试着结合激光与电弧的各自优点使两者获得最佳配合。

 

3、TIG复合焊接

 

TIG复合焊接激光与TIG复合焊接的特点是:1、利用电弧增强激光作用,可用小功率激光器代替大功率激光器焊接金属材料;2、在焊接薄件时可高速焊接;3、可增加熔深,改善焊缝成形,获得优质焊接接头;4、可以缓和母材端面接口精度要求。例如,当CO2激光功率为0.8KW,TIG电弧的电流为90A,焊接速度2m/min 时,可相当5KW的CO2激光焊机的焊接能力,5KW的CO2激光束与300A的TIG电弧复合,焊接速度0.5~5m/min 时,获得的熔深是单独使用5KW的CO2激光束焊接时的1.3~1.6倍。

 

4、等离子弧复合焊接

 

激光等离子复合采同轴方式,等离子弧由环状电极产生,激光束从等离子弧的中间穿过,等离子弧主要有两个功能:1、为激光焊接提供额外的能量,提高焊接速度,进而提高整个焊接过程的效率;2、等离子弧环绕在激光周围,可以产生热处理的效果,延长冷却时间,也就减少了硬化和残余应力的敏感性,改善了焊缝的微观组织性能。

 

5、MIG复合焊接

 

近年来的研究表明,激光-MIG复合热源焊接在中厚板焊接中拥有比较明显的优势。该焊接方法通过调节电弧与激光的相对位置,可有效地改善焊接适应性,提高对大间隙的适应性,改善焊缝成形,同时,输入的电弧能量能够调节冷却速度,进而改善微观组织。在激光与电弧相互作用下,焊接过程变得更加稳定,而且在增加熔深的同时提高焊接速度。焊接时,热输入相对较小,也就意味着焊后变形和焊接残余应力较小,这样可以减少焊接装夹、定位、焊后矫形处理等的时间。另外,这一方法的较突出的特点是自身能够比较稳定地填丝,从而比较容易改善焊缝冶金性能和微观组织结构。

 

6、双激光束焊接技术

 

在激光焊接过程中,由于激光功率密度大,焊接母材被迅速加热熔化、汽化,生成高温金属蒸汽。在高功率密度的激光的继续作用下,很容易生成等离子体云,不仅减小工件对激光的吸收,而且使焊接过程不稳定。如果在较大的深熔小孔形成后,减小继续照射的激光功率密度,而已经形成的较大深熔小孔对激光的吸收较多,结果激光对金属蒸汽的作用减小,等离子体云就能减小或消失。因而,用一束峰值功率较高的脉冲激光和一束连续激光,或者两束脉冲宽度、重复频率和峰值功率有较大差异的脉冲激光对工件进行复合焊接,在焊接过程中,两束激光共同照射工件,周期地形成较大深熔小孔,后适时停止一束激光的照射,可使等离子体云很小或消失,改善工件对激光能量的吸收与利用,加大焊接熔深,提高焊接能力。

 

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