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激光焊接技術的優缺點是什麽?

激光焊接的優點:

1,可以將熱輸入降到最低,熱影響區金相變化範圍小,熱傳導引起的變形也最低。

2.32mm厚單道焊的焊接工藝參數得到了驗證,可以減少厚板焊接所需的時間,甚至可以節省填充金屬的使用。

3.不需要使用電極,也不用擔心電極汙染或損壞。而且因為不是接觸焊接工藝,機器的磨損和變形可以降到最低。

4.激光束易於聚焦、對準和被光學儀器引導,可以放置在離工件適當的距離,並可以在工件周圍的機器或障礙物之間重新引導。由於上述空間限制,其他焊接規則無法發揮作用。

5.工件可以放置在封閉的空間中(在真空泵或內部氣體環境的控制下)。

6.激光束可以聚焦在壹個小的區域,並且可以焊接小的和緊密間隔的部件。

7.可焊材料的範圍很廣,各種異質材料也可以相互粘接。

8.用自動化很容易進行高速焊接,也可以用數字或計算機控制。

9.當焊接薄材料或細直徑電線時,不會有像電弧焊那樣的回流問題。

10,不受磁場影響(電弧焊和電子束焊都很容易),能準確對準焊件。

11.可以焊接兩種具有不同物理特性(例如不同電阻)的金屬。

12,無真空,無防輻射。

13.如果采用穿孔焊,焊縫的深寬比可以達到10:1。

14.該設備可以切換,將激光束傳輸到多個工作站。

激光焊接的缺點

1.焊件的位置必須非常精確,並且必須在激光束的聚焦範圍內。

2.當焊接件需要夾具時,必須確保焊接件的最終位置與要被激光束沖擊的焊點對齊。

3.最大可焊厚度有限,穿透厚度遠遠超過19mm的工件不適合在生產線上進行激光焊接。

4.鋁、銅及其合金等高反射率、高導熱率材料的可焊性會被激光改變。

5.中高能激光束焊接時,應使用等離子體控制器來驅除熔池周圍的電離氣體,以確保焊縫的再現。

6.能量轉換效率太低,通常低於10%。

7.焊縫快速凝固,可能會出現氣孔和脆化。

8.設備很貴。

為了消除或減少激光焊接的缺陷,更好地利用這種優秀的焊接方法,提出了壹些與其他熱源和激光的復合焊接工藝,主要包括激光與電弧、激光與等離子體電弧、激光與感應熱源復合焊接、雙激光束焊接和多束激光焊接。此外,還提出了各種輔助工藝措施,如激光填絲焊(可細分為冷絲焊和熱絲焊)、外加磁場輔助增強激光焊接、用保護氣體控制熔池深度的激光焊接、激光輔助攪拌摩擦焊等。

(1)功率密度。功率密度是激光加工中最關鍵的參數之壹。高功率密度下,表層可在微秒時間範圍內加熱至沸點,產生大量汽化。因此,高功率密度有利於材料去除加工,如沖孔、切割和雕刻。對於低功率密度,表層達到沸點需要幾毫秒的時間,而在表層汽化之前,底層達到熔點,容易形成良好的熔焊。因此,在導電激光焊接中,功率密度在10 4 ~ 10 6W/cm 2範圍內。

(2)激光脈沖波形。激光脈沖波形是激光焊接,尤其是薄板焊接中的壹個重要問題。當高強度激光束擊中材料表面時,金屬表面60~98%的激光能量會被反射而損失,反射率隨表面溫度而變化。在激光脈沖過程中,金屬的反射率變化很大。

(3)激光脈沖寬度。脈沖寬度是脈沖激光焊接的重要參數之壹,它不僅不同於材料去除和材料熔化,也是決定加工設備成本和體積的關鍵參數。

(4)離焦對焊接質量的影響。激光焊接通常需要壹定的分離,因為激光焦點處的光斑中心功率密度太高,容易蒸發成孔洞。功率密度分布在遠離激光焦點的每個平面上相對均勻。有兩種散焦方法:正散焦和負散焦。當焦平面在工件上方時,為正散焦,反之亦然。根據幾何光學理論,當正負離焦平面與焊接平面的距離相等時,對應平面上的功率密度大致相同,但得到的熔池形狀實際上是不同的。散焦為負時,可以獲得較大的熔深,這與熔池的形成過程有關。實驗表明,材料被激光加熱50~200us後開始熔化,形成液態金屬並引起差異汽化,形成局部壓力蒸汽,蒸汽以極高的速度噴出,發出耀眼的白光。同時,高濃度蒸汽使液態金屬向熔池邊緣移動,在熔池中心形成凹陷。負散焦發生時,材料內部功率密度高於表面,容易形成更強的熔化和汽化,使光能向材料內部更深處傳輸。因此,在實際應用中,當要求穿透深度較大時,采用負散焦;焊接薄材料時,建議使用正散焦。

折疊編輯此段落應用程序

激光焊接機技術已廣泛應用於汽車、船舶、飛機、高鐵等高精度制造領域,極大地提高了人們的生活質量,引領家電行業進入精工時代。

尤其是在大眾創造的42米無縫焊接技術大大提高了車身的整體性和穩定性之後,家電龍頭企業海爾集團隆重推出了首款采用激光無縫焊接技術生產的洗衣機。這種家用電器為人民珍惜科技進步,先進的激光技術可以給人們的生活帶來巨大的變化。隨著洗衣機全球品牌地位的不斷鞏固,其在行業中的引領作用開始充分展現。但在激光焊接機技術的支持下,家電行業將會有更深層次的改革。據海爾R&D人員介紹,市面上的自動洗衣機內桶制造工藝多采用“卡扣式”工藝,內桶接縫處會有縫隙或凹凸不平,導致桶體強度低,對衣物造成不必要的磨損。為了進壹步提高內桶的可靠性和精細化,海爾洗衣機以汽車和造船行業為參照母體,將激光無縫焊接技術應用於勻力洗衣機新品,避免了內桶裂紋和凹凸不平的產生,全面提升產品的可靠性,呵護衣物。由於內桶強度的提高,均勻動力洗衣機在脫水過程中的最大轉速也比普通自動洗衣機提高了25%,脫水效率大大提高,耗電更少,節省時間。

此外,據悉,中德船舶工業聯合研發的“高功率激光焊接機技術”確保了船舶的安全性,並進壹步強化了船體結構;在航空領域,激光無縫焊接技術也被廣泛應用於飛機發動機的制造。同時,鋁合金機身的激光無縫焊接技術可以替代鉚釘,使機身重量減輕20%。中國高鐵還引進了激光無縫焊接技術,不僅提高了安全性能,還大大降低了噪音,給乘客帶來了安靜舒適的乘車環境。

隨著科技的全面發展,激光焊接機技術的不斷鞏固和應用,也引領全球家電行業進入了壹個新的時代。新技術不僅僅是產品的升級,更是更多科技的展示和應用。

1.TailoredBlandLaserWelding技術在國外汽車制造中已得到廣泛應用。據統計,2000年全球激光拼焊生產線超過100條,年產汽車零部件拼焊板7000萬片,並繼續高速增長。國產進口車型帕薩特、別克、奧迪等。還采用了壹些切割毛坯結構。在日本,CO2激光焊接已經在煉鋼工業中取代閃光對焊用於軋制卷材的連接。在超薄板焊接的研究中,如厚度小於100微米的箔片無法焊接,但特殊輸出功率波形的YAG激光焊接獲得了成功,顯示了激光焊接的廣闊前景。日本還在世界上首次研制成功用於核反應堆蒸汽發生器細管維修的YAG激光焊接,蘇寶榮等人也在中國開展了齒輪激光焊接技術。

2.在粉末冶金領域,隨著科學技術的不斷發展,許多行業對材料有特殊的要求,用熔煉和鑄造的方法制造的材料已經不能滿足需要。由於其特殊的性能和制造優勢,粉末冶金材料正在壹些領域取代傳統的熔煉和鑄造材料,如汽車、飛機、工具和刀具制造。隨著粉末冶金材料的發展,其與其他零件的連接問題日益突出,限制了粉末冶金材料的應用。80年代初,激光焊接以其獨特的優勢進入粉末冶金材料加工領域,為粉末冶金材料的應用開辟了新的前景。例如,粉末冶金材料連接中常用的釬焊方法用於焊接金剛石,由於釬焊材料結合強度低、熱影響區寬,特別是不能適應高溫和高強度的要求而熔化掉。采用激光焊接可以提高焊接強度和耐高溫性能。

3.汽車工業80年代末,千瓦級激光成功應用於工業生產,如今激光焊接生產線已大規模出現在汽車制造業,成為汽車制造業的傑出成就之壹。瑞典的奧迪、奔馳、大眾、沃爾沃等歐洲汽車制造商早在20世紀80年代就率先采用激光焊接車頂、車身和側架。20世紀90年代,美國通用、福特、克萊斯勒將激光焊接引入汽車制造。雖然起步晚,但發展很快。意大利菲亞特在大部分鋼板總成的焊接和裝配中使用了激光焊接,日本日產、本田和豐田汽車公司都在車身板件的制造中使用了激光焊接和切割技術。高強度鋼激光焊接組件因其優異的性能越來越多地應用於汽車車身制造。根據美國金屬市場的統計,到2002年底,激光焊接鋼結構的消費量將達到70000t,比1998高出3倍。根據汽車工業批量大、自動化程度高的特點,激光焊接設備正在向大功率、多通道方向發展。在技術方面,美國桑迪亞國家實驗室和PrattWitney共同進行了在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究。德國不來梅應用光束技術研究所對鋁合金車身骨架的激光焊接進行了大量的研究。據信,在焊縫中添加填料有助於消除熱裂紋、提高焊接速度和解決公差問題。開發的生產線已經在奔馳的工廠投產。

4.電子工業激光焊接已廣泛應用於電子工業,尤其是微電子工業。由於激光焊接具有熱影響區小、熱集中快、熱應力低等優點,在集成電路和半導體器件外殼的封裝中顯示出獨特的優勢。在真空器件的發展中,激光焊接也得到了應用,如鉬聚焦電極和不銹鋼支撐環、快速加熱陰極燈絲組件等。傳感器或恒溫器中彈性薄壁波紋片的厚度為0.05-0.1mm,用傳統焊接方法很難解決。TIG焊容易焊透,等離子體穩定性差,影響因素多,所以激光焊接效果好,應用廣泛。

5.生物醫學生物組織的激光焊接始於20世紀70年代。Klink等人和jain[13]用激光成功焊接輸卵管和血管並顯示出其優勢,使得更多的研究者嘗試焊接各種生物組織並擴散到其他組織。國內外對激光焊接神經的研究主要集中在激光的波長和劑量、功能恢復以及激光焊料的選擇等方面。在激光焊接小血管和皮膚的基礎研究上,劉還研究了大鼠膽總管的焊接。與傳統縫合方法相比,激光焊接具有吻合速度快、愈合過程中無異物反應、保持焊接部位力學性能、修復組織按其原有生物力學性能生長等優點,未來將在生物醫學中得到更廣泛的應用。

6.其他領域在其他行業,激光焊接也在逐漸增加,尤其是在焊接特殊材料的中國。例如BT20鈦合金、HEl30合金、鋰離子電池等的激光焊接。德國玻璃機械制造商GlamacoCoswig與IFW聯合技術和材料實驗研究所合作開發了壹種新的平板玻璃激光焊接技術。

在本節中折疊並編輯混合焊接的優點

激光復合焊接技術具有明顯的優勢。對於激光混合,優勢如下:更大的熔深/更大的間隙焊接能力;焊縫的韌性較好,添加輔助材料可以影響焊縫的晶格結構。燒穿時焊縫背面無下垂;適用範圍更廣;借助激光替代技術,投入更少。對於激光MIG惰性氣體保護焊,優點如下:焊接速度更高;焊接深度大;產生較少的焊接熱;焊縫的強度高;焊縫寬度小;焊接凸起很小。因此整個系統的生產過程穩定,設備利用率好;焊後焊縫準備和焊縫處理工作量小;焊接生產工時短,成本低,生產效率高;它具有良好的光學設備配置性能。

而激光復合焊接在電源設備上的投資成本相對較高。隨著市場的進壹步擴大,電源設備的價格也將下降,激光復合焊接技術將應用於更多領域。至少激光復合焊接技術是壹種非常適合鋁合金材料焊接的焊接技術,並將在相當長的壹段時間內成為主要的焊接生產工具。

折疊編輯本段的發展現狀

國外激光技術和制造業都比較發達。早在20世紀80年代,他們就開始研究如何將現代激光技術應用於傳統制造業。歐盟、美國等西方國家和亞洲的日本,憑借其發達的科技實力和良好的制造業基礎,在政府的合理引導和資金支持下,發展迅速。特別是進入新世紀後,他們已經能夠看到激光焊接技術在很多制造業和其他行業的應用,包括電子工業、造船工業、汽車工業等等,能夠看到現代激光焊接技術的應用。焊接技術的行業標準已經初步形成,可以在合理可控的範圍內應用。與此同時,為了進壹步提高焊接效率,使激光焊接技術更好地應用於現代大規模生產,特別是大規模制造和建造,西方發達國家近年來壹直在積極研究如何提高激光焊接的效率,通過對高功率激光器的研究,進壹步推動和實現了高功率激光焊接技術的實現,使其真正應用於大規模制造、建造甚至軍事領域來制造潛艇和軍艦。

目前,哈爾濱焊接研究所處於國內激光焊接技術研究的前沿。近年來,除了進壹步拓寬和開發新的激光焊接類型和設備外,還積極模仿和借鑒國外研究的最新動態,不斷尋求大功率激光焊接技術的突破和發展。最新研究成果表明,他們成功攻克了我國大型構件的焊接難題,這無疑標誌著我國激光焊接技術領域的重大突破,為未來大型工程的重大應用奠定了基礎。此外,我國對激光焊接技術的研究仍集中在激光熱絲焊接和異種金屬焊接領域,這是現代激光焊接技術研究的最新課題。但國外在相關研究領域取得了突破,尤其是德國,已經初步掌握了異種金屬焊接的技能和方法。未來,我國要想真正熟練應用和掌握激光焊接技術,並將其應用到更多的領域和行業,無疑需要突破上述課題,進壹步完善和優化激光焊接技術。

折疊並編輯此段落的前景

激光焊接作為現代技術與傳統技術的結合,與傳統焊接技術相比尤為獨特,其應用領域和應用層次更廣,可以大大提高焊接的效率和精度。它的功率密度高,能量釋放快,從而更好的提高工作效率,同時自身的著力點更小,無疑使得縫合的材料之間的粘合性更好,不會造成材料的損傷和變形。激光焊接技術的出現,實現了傳統焊接技術無法應用的領域,可以簡單的滿足不同材料、金屬、非金屬的各種焊接要求,並且由於激光本身的穿透力和折射性,可以按照光速本身的運行軌跡實現360度範圍內的隨機聚焦,這在傳統焊接技術的發展下無疑是不可想象的。另外,由於激光焊接可以在短時間內釋放大量熱量實現快速焊接,所以對環境的要求較低,可以在普通室溫下進行,無需真空環境或氣體保護。經過幾十年的發展,人們對激光技術有了最高的認識和認知,它已經從最初的軍事領域逐漸擴展到現代的民用領域,而激光焊接技術的出現進壹步擴大了激光技術的應用範圍。未來,激光焊接技術不僅可以應用於汽車、鋼鐵、儀器制造等領域,還可以應用於軍事、醫療等領域,尤其是醫療領域。憑借自身高熱、高集成、衛生的特點,可以更好地應用於神經內科、生殖醫學等臨床診療。而其自身的精度優勢也將應用於更多的精密儀器制造行業,從而不斷造福人類和社會的發展。[1]

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