利用激光束作為熱源的熱加工工藝設(shè)備

激光焊機(jī)針對(duì)模具和金屬工件的磨損、劃傷、針孔、裂紋、缺損變形、硬度降低、砂眼等缺陷進(jìn)行沉積、封孔、補(bǔ)平等修復(fù)功能。修復(fù)后基體不變形、不退火、不咬邊和沒殘余應(yīng)力，不改變其金屬組織狀態(tài)，修復(fù)精度高，涂層厚度從幾微米到幾毫米，只需打磨拋光。大功率氬氣保護(hù)，可長時(shí)間工作。激光束能量可調(diào)，移動(dòng)速度可調(diào)，可以多種焊接加工。激光焊接自動(dòng)化程度高，可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，焊接速度快，功效高，可方便的進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接。

激光焊機(jī)也稱為激光焊接機(jī)，是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝，它與電子束等離子束和一般機(jī)械加工相比較，具有許多優(yōu)點(diǎn)。激光束的激光焦點(diǎn)光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料。激光焊接是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。

激光焊機(jī)焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理。激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件。激光束易于導(dǎo)向、聚焦，實(shí)現(xiàn)各方向變換。激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng)，操作方便。激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。

激光焊機(jī)用來封焊傳感器金屬外殼是一種*的加工工藝方法，主要基于激光焊接有以下特點(diǎn)高的深寬比。焊縫深而窄，焊縫光亮美觀。小熱輸入。由于功率密度高，熔化過程極快，輸入工件熱量很低，焊接速度快，熱變形小，熱影響區(qū)小。高致密性。焊縫生成過程中，熔池不斷攪拌，氣體易出，導(dǎo)致生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化，焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高。強(qiáng)固焊縫。高溫?zé)嵩春蛯?duì)非金屬組份的充分吸收產(chǎn)生純化作用，降低了雜質(zhì)含量，改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布，焊接過程中無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染小，使焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬。

精準(zhǔn)控制。因?yàn)榫劢构獍吆苄?，焊縫可以高精度定位，光束容易傳輸與控制，不需要經(jīng)常更換焊炬、噴咀，顯著減少停機(jī)輔助時(shí)間，生產(chǎn)效率高，光無慣性，還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動(dòng)技術(shù)則可焊復(fù)雜構(gòu)件。非接觸、大氣環(huán)境焊接過程。因?yàn)槟芰縼碜约す?，工件無物理接觸，因此沒有力施加于工件。另磁和空氣對(duì)激光都無影響。由于平均熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費(fèi)用，另外，激光焊接運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低，從而可降低工件成本。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)行有效控制。

主要優(yōu)點(diǎn)：

1．速度快、深度大、變形小。

2．能在室溫或特殊條件下進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會(huì)偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

3．可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對(duì)異性材料施焊，效果良好。

4．激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：1，高可達(dá)10：1。

5．可進(jìn)行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精準(zhǔn)定位，可應(yīng)用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。

6．可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。

7．激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件

機(jī)械原理：激光焊機(jī)的冷水機(jī)的原理在激光（鐳射）系統(tǒng)中的激光發(fā)生源、光束控制器和電控柜都可能需要額外冷卻。對(duì)凍水溫度要求通常在15-22℃之間，對(duì)凍水精度要求通常為±1K 或±2K。部分設(shè)備可能要求±0.5K， 另外部分設(shè)備對(duì)凍水電導(dǎo)率，耐腐蝕等有一定的要求。激光系統(tǒng)中通常在啟動(dòng)時(shí)對(duì)水溫有一定要求，這樣就需要在水回路中增加電加熱。在部分系統(tǒng)中的光束控制器會(huì)要求獨(dú)立冷卻回路。對(duì)于激光系統(tǒng)中的特殊應(yīng)用，都能專門設(shè)計(jì)工業(yè)冷水機(jī)以滿足不同的要求。

深熔焊過程產(chǎn)生的金屬蒸氣和保護(hù)氣體，在激光作用下發(fā)生電離，從而在小孔內(nèi)部和上方形成等離子體。等離子體對(duì)激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會(huì)削弱到達(dá)工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對(duì)焊接不利。通?？奢o加側(cè)吹氣驅(qū)除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應(yīng)，使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產(chǎn)生，研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系，和利用這些特征信號(hào)對(duì)激光焊接過程及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

由于經(jīng)聚焦后的激光束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比電弧焊（5×102～104W/cm2）高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因而激光焊接具有傳統(tǒng)焊接方法的顯著優(yōu)點(diǎn)：加熱范圍小，焊縫和熱影響區(qū)窄，接頭性能優(yōu)良；殘余應(yīng)力和焊接變形小，可以實(shí)現(xiàn)高精度焊接；可對(duì)高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率，熱敏感材料及非金屬進(jìn)行焊接；焊接速度快，生產(chǎn)率高；具有高度柔性，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

激光焊機(jī)焊接技術(shù)是一種，由于其的特點(diǎn)，特別適合在傳感器密封焊中使用，國外許多生產(chǎn)傳感器的廠家均利用激光焊接工藝生產(chǎn)傳感器，而國內(nèi)采用此工藝的廠家不多，主要是一些生產(chǎn)傳感器產(chǎn)品的廠家和部分科研機(jī)構(gòu)在采用此種工藝，且采用國外激光焊接機(jī)的較多。國內(nèi)激光焊接機(jī)在性能上已和國外產(chǎn)品相差不遠(yuǎn)，可以勝任國內(nèi)生產(chǎn)傳感器的工藝要求，但價(jià)格是國外同類產(chǎn)品的1/3-1/5。

機(jī)械使用：激光焊機(jī)焊接有兩種基本模式：熱導(dǎo)焊和深熔焊，前者所用激光功率密度較低（105～106W/cm2），工件吸收激光后，僅達(dá)到表面熔化，然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。后者激光動(dòng)車密度高（106～107W/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng)時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在機(jī)械制造領(lǐng)域，除了那些微薄零件之外，一般應(yīng)選用深館焊。

激光焊機(jī)的結(jié)構(gòu)模式一般分為封閉式和開放式，這兩種結(jié)構(gòu)各有優(yōu)缺點(diǎn)。封閉式是設(shè)計(jì)成一個(gè)可開合的封閉箱的結(jié)構(gòu)，激光工作的時(shí)候都必須在箱中進(jìn)行，封閉式的焊機(jī)設(shè)有焊煙吸附過濾系統(tǒng)，因此，在焊接過程中的剩余輻射能量和金屬焊煙都能屏蔽掉，大限度地保護(hù)操作者的健康；但由于封閉式的焊機(jī)的所有操作都必須在一個(gè)封閉工作箱中進(jìn)行，而且結(jié)構(gòu)固定，這樣就限制了工件的大小，因此，這種焊機(jī)不適合進(jìn)行大型模具的修復(fù)焊接。

考慮到焊接時(shí)剩余的輻射激光能量小，焊煙在通風(fēng)效果好的地方對(duì)人傷害較少，因此也出現(xiàn)開放式的激光焊機(jī)。但開放式的機(jī)構(gòu)也存在很多的結(jié)構(gòu)方式，而且其實(shí)用性也差別較大。按照同普的多年經(jīng)驗(yàn)，模具修補(bǔ)用的焊機(jī)都要求必須體積輕巧多變，能輕易地移動(dòng)，適合不同模具修補(bǔ)的需要。國內(nèi)一般的激光焊接機(jī)器體積龐大笨重，激光總成一般做成固定式，難以移動(dòng)，不適合對(duì)大型的難以移動(dòng)的模具進(jìn)行修補(bǔ)工作。

激光焊點(diǎn)表面存在金屬堆積，焊點(diǎn)中心則呈現(xiàn)不同程度的下塌，這主要是由于金屬來不及回填產(chǎn)生的。當(dāng)激光功率達(dá)到一定值時(shí)，熔池中的液態(tài)金屬急劇蒸發(fā)形成匙孔，并產(chǎn)生一個(gè)反沖力，把液態(tài)金屬推向熔池的邊緣，堆積在焊點(diǎn)周圍。當(dāng)激光停止作用時(shí)，金屬不再蒸發(fā)，反沖力消失，堆積的金屬在重力的作用下重填匙孔，同時(shí)液態(tài)金屬冷卻凝固。如果金屬在沒有回填匙孔的情況下凝固，就會(huì)在焊點(diǎn)表面形成下塌。

主要應(yīng)用：激光焊接在工業(yè)中的應(yīng)用

（1）激光焊接在國外汽車工業(yè)中的應(yīng)用

1） 白車身激光焊接

汽車工業(yè)中的在線激光焊接大量用在白車身沖壓零件的裝配和連接上。主要應(yīng)用包括車頂蓋激光焊、行李箱蓋激光釬焊及車架激光焊接。

另一項(xiàng)比較重要的車身激光焊接應(yīng)用,是車身結(jié)構(gòu)件（包括車門、車身側(cè)圍框架及立柱等）的激光焊接。采用激光焊的原因是可提高車身強(qiáng)度,并可解決一些部位難以實(shí)施常規(guī)電阻點(diǎn)焊的難題。

2） 不等厚激光拼焊板

車身制造采用不等厚激光拼焊板可減輕車身重量、減少零件數(shù)量、提高安全可靠性及降低成本。

3） 齒輪及傳動(dòng)部件焊接

20世紀(jì)80年代末,克萊斯勒公司的Kokomo分公司購進(jìn)九臺(tái)6kWCO2激光器,用于齒輪激光焊接,生產(chǎn)能力提高40%。90年代初,美國三大汽車公司投入40多臺(tái)激光器用于傳動(dòng)部件焊接。奔馳公司經(jīng)研究利用激光焊接代替電子束焊接,因?yàn)榍罢吆缚p熱影響區(qū)小。美國福特汽車公司用4。7kWCO2激光器焊接車輪鋼圈,鋼圈厚1mm,焊接速度為2。5m/min。該公司還采用帶有視覺系統(tǒng)的激光焊接機(jī),將六根軸與鍛壓出來的齒輪焊在一起,成為轎車自動(dòng)變速器的齒輪架部件,生產(chǎn)率為200件/h。

（2） 光纖激光焊在造船及海洋工程方面的應(yīng)用

許多輪船都是先制造出許多獨(dú)立的局部組件結(jié)構(gòu)單元,再在水中的船臺(tái)上一個(gè)個(gè)進(jìn)行組裝。采用激光焊技術(shù)制造海洋建筑物局部組件非常合適,因?yàn)樗Y(jié)合了焊接切割自動(dòng)化技術(shù)與激光技術(shù)。與弧焊方法相比,采用該技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)率。

造船中,采用光纖激光技術(shù),可以無需進(jìn)行焊接邊緣預(yù)處理和焊前或焊后熱處理就能將部件焊接在一起。與弧焊相比,激光焊的焊接接頭窄,熱影響區(qū)小,而且沒有傳統(tǒng)弧焊方法中出現(xiàn)的由于弧吹或電極磨損引起的焊接缺陷。所以,接頭采用光纖激光焊,可以實(shí)現(xiàn)新的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),這在以前是不可能實(shí)焊接接頭比弧焊焊接接頭更加經(jīng)濟(jì), 質(zhì)量更好。

（3） 激光焊在飛機(jī)制造中的應(yīng)用

激光束焊具有能量密度高,熱影響區(qū)小,空間位置轉(zhuǎn)換靈活,可在大氣環(huán)境下焊接,焊接變形極小等優(yōu)點(diǎn)。它主要應(yīng)用于飛機(jī)大蒙皮的拼接以及蒙皮與長桁的焊接,以保證氣動(dòng)面的外形公差。另外在機(jī)身附件的裝配中也大量使用了激光束焊接技術(shù),如腹鰭和襟翼的翼盒,結(jié)構(gòu)不再是應(yīng)用內(nèi)肋條骨架支撐結(jié)構(gòu)和外加蒙皮完成,而是應(yīng)用了*的鈑金成形技術(shù)后,采閑激光焊接技術(shù)在三維空間完成焊接拼合,不僅產(chǎn)品質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高,而且工藝再現(xiàn)性好,減重效果明顯。

激光焊也多見于薄壁零件的制造中,如進(jìn)氣道、波紋管、輸油管道、變截面導(dǎo)管和異型封閉件。這些零件的傳統(tǒng)焊接方法多采用微弧等離子弧焊,或者是小電流鎢極氬弧焊。隨著鈦合金材料的大量使用,即便采用了這些低線能量的焊接技術(shù),仍然由于薄壁材料引起的焊接變形超出公差范圍和焊接缺陷的無法修復(fù)等原因,導(dǎo)致傳統(tǒng)焊接工藝面臨淘汰的命運(yùn)。激光束焊接配以局部保護(hù)措施,非常適合焊接薄壁鈦合金殼體零件。

（4）復(fù)合激光焊的應(yīng)用

復(fù)合激光焊技術(shù)結(jié)合了激光焊和傳統(tǒng)氣體保護(hù)焊（GMAW）兩者的優(yōu)點(diǎn),激光焊能在較小的熱輸入量和小的焊接熱影響區(qū)（HAZ）情況下獲得較大的熔深；所附加的氣保焊（GMAW）可以大大擴(kuò)展接頭根部間隙的大小,改善表面狀態(tài)和雜質(zhì)的允許量；提高根部間隙填充和成形質(zhì)量以及加強(qiáng)對(duì)焊接冶金的控制。

焊接應(yīng)用：