本文共3100字左右,包含激光焊接的优点缺点|激光焊接的种类|接头形式|焊接适用材料|缺陷|焊接要求等,值得去阅读的一篇焊接理论。

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激光焊接的特点

优点

(1)小的加工范围对能量输入可控:小的热应力,小的热影响区,和小

的热变形。

(2)窄而光滑的焊缝:可以减少或消除焊后处理工序

(3)冷却速度快,焊缝组织微细,故焊接接头性能良好。

(4) 高加工速度,短工作周期

(5)可进行微型焊接或实现远距离传输,不需要真空装置,利于大批量自动化生产。

(6)易于功能集成:激光焊接很容易与其它加工手段,协同生产,例如折弯,冲床,组装等等,容易实现自动化生产

(7)生产过程易于控制:传感系统对加工实时监控,保证焊接质量

(8)激光焊接不需要与工件接触,避免接触应力

缺点

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(1)

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激光热传导焊(包边焊)

激光光束沿着材料边缘,熔融的材料互相熔合后凝固形成焊缝。焊缝深度从接近于零到一毫米。材料的厚度不会超过3mm,通常在2mm以下。

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(2)

固体激光的热传导焊接主要用于薄板角接,例如电池外壳,心脏起搏器的外壳和一些机床的覆盖件。热传导焊接能够产生一个光滑,洁净的圆角焊缝,无需后续加工。

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(3)

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焊接接头的形式

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(4)

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焊接接头的形式

Ø激光功率

Ø光纤芯径

Ø焊接头的准直和焦距

Ø焊接速度

Ø焦深

Ø保护气体

Ø材料的吸收值(材料的反射率)

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激光焊接适用的材料

1. 碳钢及普通合金钢

总的说,碳钢激光焊接效果良好,其焊接质量取决于杂质含量。材料中硫和磷是产生焊接裂纹的敏感因素如果硫、磷的含量高,不适合激光焊接。中、高碳钢和普通合金钢都可以进行良好的激光焊接,但需要预热和焊后处理,以消除应力,避免裂纹形成。

2. 不锈钢的激光焊接

一般的情况下,不锈钢激光焊接比常规焊接更易于获得优质接头。不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。

不锈钢又主要分为铁素体不锈钢(接头脆化),奥氏体不锈钢(热裂纹),马氏体不锈钢(焊接性较差),双相不锈钢(焊接影响区容易脆化)。

3. 铝合金的激光焊接

由于铝合金表面的高反射性和高导热性,激光焊接铝合金具有一定的难度。对于高反材料的激光焊接,能量阀值的表现更明显。

不同系的铝合金,不同的牌号,焊接性能也不一样。

铝合金焊接难点:

Ø铝的强氧化能力:铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝熔点高、非常稳定,不易去除氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分,易使焊缝产生气孔。

对工件的清洁度有很高的要求。

Ø较大的热导率和比热容。应当尽量采用能量集中、功率大的能源,有时也可采用预热等工艺措施。

一般要求的激光功率比较大。

Ø较大的线膨胀系数,铝凝固时的体积收缩率较大,焊件的变形和应力较大,铝焊接熔池凝固时容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。Ø铝对光、热的反射能力较强,固、液转态时,没有明显的色泽变化,焊接操作时判断难。高温铝强度很低,支撑熔池困难,容易焊穿。

焊接用的激光器必须能抗高反。

Ø容易形成气孔铝及铝合金在液态能溶解大量的氢,固态几乎不溶解氢。在焊接熔池凝固和快速冷却的过程中,氢来不及溢出,极易形成氢气孔。

对工件的清洁度有很高的要求,包括工件及周围环境的干燥。

Ø合金元素易蒸发、烧损,使焊缝性能下降。

4. 铜合金的焊接

Ø 类似于铝合金的焊接,但是镜面的铜的反射性能更强。

Ø 工业最常用的牌号是T1、T2和T3,外观呈紫红色,故又称为紫铜。

容易产生的焊接缺陷:

Ø未熔合与未焊透(高能量密度的激光束)

Ø焊接变形

Ø热裂纹(在结晶过程中,由于低熔点共晶体分布在枝晶间或晶界处,使铜和铜合金具有明显的热脆性,加上焊接应力的作用,极易产生热裂纹)。

Ø气孔(紫铜焊缝中的气孔主要是氢气孔)。

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焊接保护气体

用焊接保护气来保护焊接效果:

一些焊接应用需要使用焊接保护气体,焊接保护气在焊缝表面形成薄薄的气体保护层,来阻止周围空气对焊缝的影响。这层保护气体层主要用来阻止,熔融的金属与空气中的氧,水蒸汽或二氧化碳反应。

通常使用的保护气体主要有,氦气、氩气、氮气或者混合气体,使用什么样的气体通常由焊接材料的种类决定的。焊接保护气通过保护气管送至焊缝表面,也可通过夹具自身的设置来实现保护气的输送。

通常对于三维件的焊接,如果需要保护气保护的时候会增加机器人运动的阻碍。

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焊接要求

焊接之前要求明确焊接要求,一般是对焊缝的强度(熔深要求,气孔控制要求,裂纹控制要求等等),外观(焊缝的平整度,被氧化程度,深宽比等等)气密性(承载的气压)。

1. 焊缝几何形貌

质量检测:

任何质量检测的目的都是要确认工件的性能是否能够达到使用的要求。对于焊接来说,激光焊接的质量标准主要集中在焊缝处和焊接热影响区处。

2. 基础要求:

焊缝需要满足一下两个最近本的质量要求:

焊缝宽度和深度必须要满足焊接规范要求,以来满足焊接强度的要求。

焊缝晶像质量:焊缝内部组织要尽量均匀,晶粒细小均匀。

焊接工艺规范中还包含一些其它的焊接标准和焊接缺陷,下图展示了不同的焊接缺陷:

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(5)

3. 焊缝内部缺陷:

典型的焊缝内部缺陷:

Ø未熔合:焊缝间隙过大

Ø气孔:少量的空气或气泡混入焊缝内部Ø裂纹:在焊缝的表面或内部

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(6)

4. 外部焊接缺陷:

Ø焊缝形状不均匀:例如焊缝塌陷部位的导致的微裂纹

Ø熔融金属飞溅:由于熔融金属“炸飞”在焊缝表面形成凹坑,降低焊缝强度甚至形成气孔

Ø焊缝表面塌陷,及焊缝底部凹陷:降低焊缝的有效受力面积,降低焊缝强度

Ø错边:在对接焊缝中,错边导致有效焊缝面积减少

Ø收弧弧坑:将少焊缝有效受力面积

Ø氧化:降低不锈钢的抗氧化能力

Ø飞溅:飞溅物体落在焊缝或工件表面降低表面质量,增加后续处理工作

Ø热输入导致焊接变形

在焊接过程中,焊缝内部的热量会传导到焊缝周围的工件导致少量变形。如果一个工件需要拥有大量的焊缝,应合理选择焊接顺序

焊接参数

对于碳钢不锈钢:

3mm的板,以2m/min的速度,最少需要2kW;

4mm的板,以2m/min的速度,最少需要3kW;

5mm的板,以2m/min的速度,最少需要4kW.

Jun-12-2019 今日名言

“Man should not try to avoid stress any more than he would shun food, love or exercise.”– Hans Selye, Stress Researcher

「人們對壓力的躲避,不應超過他們對食物、愛與運動的躲避。」 漢斯‧塞利 (壓力研究學者)

连续激光焊接的原理(10分钟快速认识激光焊接基本理论)(7)

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