一、激光焊接的工藝參數(shù)
1.功率密度
功率密度是激光加工中Z關(guān)鍵的參數(shù)之一。 采用較高的功率密度,在微秒時(shí)間范圍內(nèi),表層即可加熱至沸點(diǎn),產(chǎn)生大量汽化。因此,高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度,表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒,在表層汽化前,底層達(dá)到熔點(diǎn),易形成良好的熔融焊接。因此,在傳導(dǎo)型激光焊接中,功率密度在范圍在104~ 106W/cm2.
2.激光脈沖波形
激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題 ,尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面,金屬表面將會(huì)有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在-一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi),金屬反射率的變化很大。
3、激光脈沖寬度
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一,它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù),也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4、離焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響
激光焊接通常需要一定的離焦 ,因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上,功率密度分布相對(duì)均勻。
離焦方式有兩種:正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件.上方為正離焦,反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論,當(dāng)正負(fù)離做文章一相等時(shí),所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同,但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。
負(fù)離焦時(shí),可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,激光加熱50~ 200us材料開始熔化,形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化,形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí),高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。
當(dāng)負(fù)離焦時(shí),材料內(nèi)部功率密度比表面還高,易形成更強(qiáng)的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中， 當(dāng)要求熔深較大時(shí),采用負(fù)離焦焊接薄材料時(shí),宜用正離焦。
二、激光焊接工藝方法
1.嶼間的焊接
包括對(duì)焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4種工藝方法。
2.絲與絲的焊接
包括絲與絲對(duì)焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。
3.金屬絲與塊狀元件的焊接
采用激光焊接可以成功的實(shí)現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接,塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。
4、桐金屬的焊接
焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍。不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。
激光釬焊有些元件的連接不宜采用激光熔焊,但可利用激光作為熱源,施行軟釬焊與硬釬焊,同樣具有激光熔焊的優(yōu)點(diǎn)。采用釬焊的方式有多種中激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接,尤其實(shí)用于片狀元件組裝技術(shù)。
三、采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)
1、由于是局部加熱,元件不易產(chǎn)生熱損傷,熱影響區(qū)小,因此可在熱敏元件附近施行軟釬焊。
2.用非接觸加熱，熔化帶寬,不需要任何輔助工具,可在雙面印刷電路板上雙面元件裝備后加工。
3、重復(fù)操作穩(wěn)定性好。焊劑對(duì)焊接工具污染小，且激光照射時(shí)間和輸出功率易于控制,激光釬焊成品率高。
4、激光束易于實(shí)現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學(xué)元件進(jìn)行時(shí)間與空間分割,能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)對(duì)稱焊。
5、激光釬焊多用波長(zhǎng)1.06um的激光作為熱源,可用光纖傳輸,因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進(jìn)行加工,靈活性好。
6、聚焦性好,易于實(shí)現(xiàn)多工位裝置的自動(dòng)化。
四、激光深熔焊
1.冶金過程及工藝?yán)碚?/span>
激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似,即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過“小孔”結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下,材料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。這個(gè)充滿蒸汽的小孔猶如一個(gè)黑體,幾乎全部吸收入射光線的能量，孔腔內(nèi)平衡溫度達(dá)25000度左右。熱量從這個(gè)高溫孔腔外壁傳遞出來,使包圍著這個(gè)孔腔的金屬熔化。
小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽,小孔四壁包圍著熔融金屬,液態(tài)金屬四周即圍著固體材料。孔壁外液體流動(dòng)和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動(dòng)態(tài)平衡。光來不斷進(jìn)入小孔，小孔外材料在連續(xù)流動(dòng),隨著光束移動(dòng),小孔始終處于流動(dòng)的穩(wěn)定態(tài)。就是說,小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進(jìn)速度向前移動(dòng),熔融金屬填充著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝,焊縫于是形成。
2.影響因素
對(duì)激光深熔焊產(chǎn)生影響的因素包括:激光功率,激光束直徑,材料吸收率,焊接速度,保護(hù)氣體,透鏡焦長(zhǎng),焦點(diǎn)位置,激光束位置,焊接起始和終止點(diǎn).的激光功率漸升、漸降控制。
3、激光深熔焊的特征
特征:
(1)高的深寬比。因?yàn)槿廴诮饘賴鴪A柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工件，焊縫就變得深而窄。
(2)熱輸入。因?yàn)樵辞粶囟群芨?熔化過程發(fā)生得極快，輸入工件熱量極低,熱變形和熱影響區(qū)很小。
(3)高致密性。因?yàn)槌錆M高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池?cái)嚢韬蜌怏w逸出,導(dǎo)致生成無氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化。
(4)強(qiáng)固焊縫。
(5)精確控制。
(6)非接觸,大氣焊接過程。
4、激光深熔焊的優(yōu)點(diǎn)
(1)由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度,導(dǎo)致焊接速度快,熱影響區(qū)和變形都較小,還可以焊接鈦、石英等難焊材料。
(2)因?yàn)楣馐菀讉鬏敽涂刂?又不需要經(jīng)常更換焊炬、噴嘴，顯菩減少停機(jī)輔助時(shí)間 ,所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。
(3)由于純化作用和高的冷卻速度,焊縫強(qiáng),綜合性能高。
(4)由于平衡熱輸入低,加工精度高,可減少再加工費(fèi)用。另外,激光焊接的動(dòng)轉(zhuǎn)費(fèi)用也比較低,可以降低生產(chǎn)成本。
(5)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效的控制。
5、激光深熔焊設(shè)備
激光深熔焊通常選用連續(xù)波CO2激光器,這類激光器能維持足夠高的輸出功率,產(chǎn)生“小孔”效應(yīng),熔透整個(gè)工件截面,形成強(qiáng)韌的焊接接頭。就激光器本身而言,它只是一一個(gè)能產(chǎn) 性可作為熱源、方向性好的平行光束的裝置。
如果把它導(dǎo)向和有效處理后射向工件,其輸入功率就具有強(qiáng)的相容性, 使之能更好的適應(yīng)自動(dòng)化過程。為了 有效實(shí)施焊接,激光器和其他一些必要的光學(xué)、機(jī)械以及控制部件一起共同組成一個(gè)大的焊接系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括激光器、光束傳輸組件、工件的裝卸和移動(dòng)裝置,還有控制裝置。這個(gè)系統(tǒng)可以是僅由操作者簡(jiǎn)單地手工搬運(yùn)和固定工件,也可以是包括工件能自動(dòng)的裝卸、固定、焊接、檢驗(yàn)。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施的總要求是可獲得滿意的焊接質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。
五、鋼鐵材料的激光焊接
1.碳鋼及普通合金鋼的激光焊接
總的說,碳鋼激光焊接效果良好, 其焊接質(zhì)量取決于雜質(zhì)含量。就象其它焊接工藝-樣,硫和磷是產(chǎn)生焊接裂紋的敏感因素。為了獲得滿意的焊接質(zhì)量,碳含量超過0.25%時(shí)需要預(yù)熱。當(dāng)不同含碳量的鋼相互焊接時(shí),焊炬可稍偏向低碳材料-邊,以確保接頭質(zhì)量。低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高,并不適合激光焊接。低碳鎮(zhèn)靜鋼由于低的雜質(zhì)含量,焊接效果就很好。中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進(jìn)行良好的激光焊接,但需要預(yù)熱和焊后處理,以消除應(yīng)力, 避免裂紋形成。
2.不銹鋼的激光焊接
一般的情況下,不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于獲得優(yōu)質(zhì)接頭。由于高的焊接速度熱影響區(qū)很小,敏化不成為重要問題。與碳鋼相比,不銹鋼低的熱導(dǎo)系數(shù)更易于獲得深熔窄焊縫。
3.同金屬之間的激光焊接
激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區(qū),為許多不同金屬焊接融化后有不同結(jié)構(gòu)的材料相容創(chuàng)造了有利條件。現(xiàn)已證明以下金屬可以順利進(jìn)行激光深熔焊接:不銹鋼~低碳鋼, 416不銹鋼~310不銹鋼, 347不銹鋼~HASTALLY鎳合金,鎳電極~冷鍛鋼,不同鎳含量的雙金屬帶。
