激光焊接基礎知識

激光焊接是一種非接觸過程，需要從焊接部件的一側進入焊接區。

? 當強激光快速加熱材料時（通常以毫秒計算），就會形成焊縫。

? 通常有 3 種類型的焊縫：

– 傳導模式。

– 傳導/穿透模式。

– 穿透或鎖孔模式。

? 傳導模式焊接以低能量密度進行，形成淺而寬的焊核。

? 傳導/滲透模式發生在中等能量密度時，且比傳導模式具有更強的滲透性。

? 穿透或鎖孔模式焊接的特點是焊縫深而窄。

– 在這種模式下，激光會形成一種蒸發材料的細絲，稱為“鎖孔”，它延伸到材料中并為激光有效地傳送到材料中提供管道。

– 這種將能量直接傳遞到材料中的方法不依賴傳導來實現穿透，從而最大限度地減少傳遞到材料的熱量并減少熱影響區。

傳導焊接

? 傳導連接描述了一系列激光束聚焦的過程：

– 功率密度達到 103 Wmm?2 量級

– 它融合材料以形成接頭，而不會產生明顯的汽化。

? 傳導焊接有兩種模式：

– 直接加熱

– 能量傳輸。

直接加熱

? 直接加熱時，

– 熱流受表面熱源的經典熱傳導控制，焊接是通過熔化基材的部分來完成的。

? 第一次傳導焊接是在 1 世紀 1960 年代初進行的，采用低功率脈沖紅寶石和 CO2 用于電線連接器的激光器。

? 可以使用多種配置的線材和薄板對多種金屬和合金進行傳導焊接。

– CO2 、Nd：YAG 和二極管激光器，功率水平為幾十瓦。

– 直接加熱 CO2 激光束還可以用于聚合物板材的搭接焊和對接焊。

傳動焊接

? 透射焊接是連接透射Nd：YAG 和二極管激光器的近紅外輻射的聚合物的有效方法。

? 通過新穎的界面吸收方法吸收能量。

? 只要基質和增強材料的熱性能相似，復合材料就可以連接在一起。

? 傳導焊接的能量傳輸模式適用于傳輸近紅外輻射的材料，特別是聚合物。

? 在搭接接頭的界面處涂上吸收油墨。油墨吸收激光束能量，并將能量傳導至周圍有限厚度的材料中，形成熔融界面膜，并在焊接接頭處固化。

? 可以進行厚截面搭接接頭，而無需熔化接頭的外表面。

? 對接焊可以通過將能量以一定角度穿過接頭一側的材料導向接頭線來進行，或者如果材料具有高透射性，則從一端導向接頭線來進行。

激光焊接和釬焊

? 在激光焊接和釬焊工藝中，光束用于熔化填充物，從而潤濕接頭邊緣而不會熔化基材。

? 激光焊接在 1980 世紀 年代初開始流行，用于通過印刷電路板上的孔連接電子元件的引線。工藝參數由材料特性決定。

穿透激光焊接

? 在高功率密度下，如果能量能夠被吸收，所有材料都會蒸發。因此，當以這種方式焊接時，通常會因蒸發而形成孔洞。

? 然后這個“孔”穿過材料，熔融的壁將其后面密封。

? 結果就是所謂的“鎖孔焊接”。其特點是熔合區平行且寬度較窄。

激光焊接效率

? 定義這一效率概念的術語稱為“連接效率”。

? 連接效率并不是真正的效率，因為它的單位是（連接平方毫米/供給千焦耳）。

– 效率=Vt/P（切割特定能量的倒數），其中V = 移動速度，mm/s；t = 焊接厚度，mm；P = 入射功率，KW。

連接效率

? 連接效率值越高，不必要的加熱所消耗的能量就越少。

– 降低熱影響區 (HAZ)。

– 降低失真。

? 在這方面電阻焊接最有效，因為熔合和熱影響區能量僅在要焊接的高電阻界面處產生。

? 激光和電子束也具有良好的效率和高功率密度。

工藝變化

? 電弧增強激光焊接。

– 安裝在靠近激光束相互作用點的 TIG 焊槍產生的電弧將自動鎖定在激光產生的熱點上。

– 產生這種現象所需的溫度比周圍溫度高出約 300°C。

– 其效果是要么穩定由于移動速度而不穩定的電弧，要么降低穩定電弧的阻力。

– 鎖定僅發生在電流較小且陰極噴射速度較慢的電弧中；即電流小于 80A。

– 電弧與激光位于工件的同一側，這使得焊接速度加倍，而資本成本則略有增加。

? 雙光束激光焊接

– 如果同時使用 2 束激光，那么就可以控制焊池的幾何形狀和焊道形狀。

– 使用 2 束電子束可以穩定小孔，從而減少焊接池上的波浪，并提供更好的穿透性和焊道形狀。

– 準分子和 CO2 激光光束組合表現出改進的耦合效果，可以獲得高反射率材料（例如鋁或銅）的焊接。

– 增強耦合主要考慮以下因素：

? 通過準分子引起的表面波紋來改變反射率。

? 通過準分子產生的等離子體進行耦合而產生的二次效應。