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激光焊接:应用在不同行业中的激光焊接技术

2021/7/23 13:46:57 作者:激光哲瀚 来源:激光百科 点击数:

  激光焊接是工业激光材料加工中最早的应用之一。在大多数早期应用中,激光产生的焊缝质量更高,从而提高了生产率。随着激光器类别的发展,现在,激光源具有更高的功率、不同的波长和更宽的脉冲能力范围。除此之外,光束传输、机器控制硬件和软件、过程传感器,都促进了激光焊接过程的更好的新发展。

  激光焊接具有独特优势,包括低热量输入、狭窄的熔合区和热影响区,以及以前难以使用会产生较大热量输入到零件的工艺进行焊接的材料的优异机械性能。这些性能使激光焊接形成的焊缝更坚固,并且在外观上更具吸引力。另外,激光焊接所需的设置时间也少得多,加上激光跟踪传感器,可以实现自动化,从而降低了产品成本。所有这些新技术都进一步扩大了激光焊接的应用范围。在许多行业中,使用不同的金属、部件形状、尺寸和体积的光纤激光焊接已成功应用。

1、电池焊接

 

  电动汽车和许多电子设备中锂电池的应用不断增加,意味着工程师在产品设计中使用了光纤激光焊接。由铜或铝合金产生的承载电流的组件通过光纤激光焊接连接端子,以连接电池中的一系列电池。激光焊接铝合金(通常为3000系列)和纯铜,以形成与电池正极和负极的电接触。电池中使用的所有材料和材料组合都是新光纤激光焊接工艺的候选材料。重叠、对接和角焊的接头使电池内部实现各种连接。接线片材料的激光焊接到负极和正极端子会产生包装的电接触。最后的电池组组装焊接步骤,即铝罐的接缝密封,为内部电解液创造了屏障。由于期望电池能够可靠地工作10年或更长时间,因此选用激光焊接能始终具有高品质。使用正确的光纤激光焊接设备和工艺,激光焊接能够始终如一地生产3000系列铝合金的高质量焊缝。

  2、精密加工焊接

  船舶和化学精炼厂以及制药业使用的密封件最初是TIG焊接的。由于它们在敏感的环境中使用,因此这些组件是由耐高温且耐化学腐蚀的镍基合金材料进行精密加工和研磨的。批量通常很小,设置数量很多。据了解,目前,这些组件的组装已使用光纤激光焊接进行了改进。用光纤激光焊接代替早期的机器人电弧焊工艺的理由包括:激光焊接质量始终如一;易于从一种组件配置转换为另一种组件配置,从而减少了设置时间,提高了产量;并通过组装激光跟踪传感器使激光焊接过程自动化来降低成本。

  3、气密焊接

  医疗设备(例如起搏器和其他电子产品)中的气密性密封电子产品已使光纤激光焊接成为要求最高可靠性的应用的首选工艺。气密焊接工艺的最新进展已解决了有关激光焊接和焊缝终点的问题,这是完成气密密封的关键位置。先前的激光焊接技术在关闭激光束时,即使在降低激光功率时,也会在终点处产生凹陷。先进的激光束控制消除了薄焊缝和深焊缝中的凹陷。结果是一致的焊缝质量,在终点处没有孔隙,并且具有改善的外观和更可靠的密封性。

  4、航空航天焊接

  光纤激光焊接镍和钛基航空合金需要控制焊缝几何形状和焊缝微观结构,包括最小化孔隙率和控制晶粒尺寸。在许多航空航天应用中,焊缝的疲劳性能是关键的设计准则。因此,设计工程师几乎总是指定焊接表面为凸形或略微凸出,以增强焊接强度。为此,直径为1.2毫米的填充线用于自动化过程。将填充焊丝添加到对接接头会导致顶部和底部焊道上的焊冠一致。通过确保焊缝的良好微观结构,焊丝合金的选择也有助于焊缝的机械性能。

  5、异种金属焊接

  使用不同的金属和合金制造产品的能力大大提高了设计和生产的灵活性。在控制成本的同时,优化成品的性能,例如腐蚀、磨损和耐热性,是进行异种金属焊接的普遍动机。连接不锈钢和镀锌钢就是一个例子。由于其出色的耐腐蚀性,304不锈钢和镀锌碳钢已广泛应用于各种应用,例如厨房用具和航空部件。该工艺提出了一些特殊的挑战,特别是因为锌涂层会带来严重的焊缝孔隙问题。在焊接过程中,熔化钢和不锈钢的能量会在大约900摄氏度下蒸发锌,这大大低于不锈钢的熔点。锌的低沸点导致在锁孔焊接过程中形成蒸汽。在试图逸出熔融金属时,锌蒸气可能会滞留在凝固的焊缝中,从而导致焊缝孔隙率过大。在某些情况下,锌蒸气会随着金属的凝固而逸出,从而在焊接表面形成气孔或粗糙度。通过适当的接头设计和激光工艺参数的选择,可以轻松进行整饰和机械焊接。厚度为0.6毫米的304不锈钢和厚度为0.5毫米的镀锌钢的搭接焊缝的上表面和下表面均无裂纹或气孔。




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