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金屬激光焊接
金屬激光焊接
  • 2018-01-25
  • 瀏覽次數:662
  • 作者:武漢AG亚游8光電科技有限公司
摘要:

激光焊接原理:將激光聚焦到一點,焦平麵上的功率密度可達到105-1013 w/cm2。激光焊接就是利用激光束優良的方向性和高功率密度等特點來進行工作的。通過光學係統將激光束聚集在很小的區域,在很短的時間內,使被焊處形成一個能量很集中的局部熱源區,從而使被焊物熔化並形成不會位移的焊點和焊縫。


在激光焊接工藝中,常規金屬的導電特性對固體激光器吸收和反射均較為強烈,另外,做過表麵處理的金屬鍍層的激光加工也有自己的特點。目前市麵上的金屬焊接一般適用YAG激光源,光纖激光源。


激光焊接原理示意圖如下:


由於激光焊接屬兩個材料的連接工藝,除了材料本身的特性之外,材料之間的初始聚合連接方式對後續的光源選擇、焊縫追蹤等具有較高的指導意義。因此塔頭接頭方式也是一個很重要的參考因素。會影響到加工量大時的經濟效應和焊縫質量。

目前常見的激光焊接接頭方式如下圖:



連續波激光焊接質量的影響因素見以下示意圖:








下麵舉例說明常見金屬的激光焊接特性。

1)碳鋼

低碳鋼和低合金鋼都具有較好的焊接性能,不過采用激光焊接時,材料的含碳量不應高於0.2%。一旦含碳量超過0.3%,焊接難度相應增加,且冷裂紋傾向也加大;

鎮靜鋼和半鎮靜鋼也具有較好的焊接性能,因為材料在澆注時加入了鋁和矽等脫氧劑,使得鋼中含氧量降到很低的程度。沒有脫氧的鋼如沸騰鋼在焊接時氣體逸出過程中形成的氣泡酒很容易導致氣孔的產生;

含硫量或含磷量高於0.04%,焊接過程中的裂紋是很容易產生的;

表麵經過滲碳處理的鋼由於其表麵的含碳量較高,很容易在滲碳層產生凝固裂紋和伸縮裂紋,所以這種材料通常不用激光焊接工藝;

對於鍍鋅鋼,一般較難采用激光焊接,比如穿透焊工藝,因為鋅的汽化溫度比鋼的熔點低得多,在焊接過程中鋅蒸發,產生的蒸汽壓力使鋅蒸汽從熔池中大量排出,同時帶走部分熔化金屬,使焊縫產生嚴重的氣孔。


2)不鏽鋼

此材料的激光焊接性能一般都比較好,不過加入了旨在提高機械性能的硫和硒元素的奧氏體不鏽鋼在激光焊接的過程中的凝固裂紋的傾向比較大,同等條件下,此材料隻能獲得比普通碳鋼稍微深點的焊接熔深;另外一種材料--馬氏體不鏽鋼的焊接接頭一般硬錯性較高,也有冷裂紋傾向;不過在焊接鐵素體不鏽鋼時,其韌性和延展性比其他非激光焊接方法要好很多。

激光焊接熱輸入量小、焊接速度高,很適合Cr-NI係列不鏽鋼的焊接

同時在焊接含碳量大於0.1%的不鏽鋼時,可增加預熱和回火工藝以減少冷裂紋和脆裂傾向。


3)銅、鋁及其合金

銅的不可焊接性是因為其中鋅的含量超出了激光焊接允許的範圍,具備較低熔點易汽化特點的鋅在焊接時很容易導致大量諸如氣孔、虛焊的焊接缺陷;

高反射率+高導熱係數,使得鋁合金的焊接需要相對較高的激光能量密度;

LY16、L1-L6和LF21係列的鋁合金能夠成功實現激光焊接,且不需填充金屬;但是其他含有易揮發元素如矽和鎂的鋁合金材質,無論采取哪種工藝,焊縫中的氣孔是較難避免的,純鋁激光哈街不存在以上問題。


4)鈦及其合金

鈦及其合金都很適合激光焊接工藝,可以獲得高質量和塑性高的焊接接頭,但是鈦對氧化很敏感,因此要很注意接頭的清潔和氣體保護的問題;另外含氫的原因也會導致延遲裂紋的出現,這時需要進行真空退火處理。

還有一個問題,焊接氣孔是此類材質焊接時的一個主要問題,可通過較高純度的氬氣、對接端麵焊前的機械處理-酸洗-清水清洗的流程來進行處理。


5)異種金屬之間的焊接

此時要解決可焊性和可焊參數範圍。目前來說,不同材料之間的激光焊接隻有特定的材料組合才有可能。具體可參考試樣情況。


金屬間的激光焊接難易程度見下圖: