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激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的整體加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，激光焊接主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質(zhì)量高，無氣口，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動化。
通常情況下不采用填充焊料，因此零件之間的配合間隙要小于最精細(xì)零件厚度的15%。零件各部分需要相對清潔，因?yàn)楹附铀俣群芸欤瑏聿患皩㈦s質(zhì)燒掉。多數(shù)活性金屬的焊接要求有保護(hù)氣體，但是許多合金也可以在空氣中進(jìn)行焊接。
焊接時(shí)的熱能輸入和焊點(diǎn)形狀可以由參數(shù)及部件控制，分別進(jìn)行熱傳導(dǎo)模式焊接，熔透焊接，和小孔焊接。熱傳導(dǎo)焊接的深度較淺，范圍較寬，這類似于GTAW或TIG焊縫形狀。這種焊接常常用于一些小型器件，比如和工具，或者中繼罐及電池這樣的電子產(chǎn)品，它們需要焊接處光滑，外形美觀。熔透模式焊接的深度與焊接寬度相當(dāng)或略深于寬度。采用熔透模式焊接時(shí)，輸入的熱能小，熔池小而深，可以用更低平均的。由于焊接周期中維持小孔的需要，小孔模式焊接只用連續(xù)或超級模式的連續(xù)激光器。小孔焊接熔池深度寬度比高，達(dá)到6：1，是效率最高的焊接過程。脈沖，連續(xù)，超級模式的連續(xù)激光器都能在熱傳導(dǎo)模式下工作，連續(xù)激光器可以用熔透模式，而只有超級模式連續(xù)激光器可以用于小孔焊接模式。
焊接系統(tǒng)
脈沖Nd:激光器能發(fā)送多種多樣的脈沖，焊接時(shí)可以設(shè)置脈沖的能量，峰值功率，局部的走勢和形狀等。正是通過控制這些脈沖參數(shù)，脈沖YAG激光器成為全面的焊接系統(tǒng)。即使是低平均功率的脈沖YAG激光器也能進(jìn)行大點(diǎn)焊，深度點(diǎn)焊和縫焊，因?yàn)榕c材料的相互作用由以上的脈沖參數(shù)決定，而平均功率對焊接的影響不大。脈沖YAG激光器能產(chǎn)生幾十焦耳能量的脈沖，而激光器的平均功率只有100w。脈沖的峰值功率通常最小為2KW，也可高達(dá)10KW。總的來說，脈沖Nd:YAG激光器可用于各種點(diǎn)焊，或者是熱敏的縫焊，以及鋁和銅合金的焊接。脈沖的能量越高，單個(gè)脈沖所熔化的材料就越多，所以熔深是由脈沖能量而不是平均功率來決定的。脈沖激光器的峰值功率將克服鋁，銅及其他類似合金的反射和散熱等不利因素。脈沖激光器焊接深度能達(dá)到3mm。鐵合金與高鎳合金焊接時(shí)的峰值功率需要達(dá)到1KW，鋁合金峰值功率需要大約3KW，銅合金需要5KW。可以分段調(diào)整脈沖的形狀使焊接質(zhì)量最優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)不相近的金屬之間的焊接。JK激光器擁有最新的脈沖整形技術(shù)。通過在整個(gè)脈沖范圍內(nèi)調(diào)整峰值功率來控制冷卻速率，減少裂縫，消除氣孔，改善焊接外觀。
連續(xù)激光器與超級模式連續(xù)激光器用于快速，低熱能輸入，縫焊和拼焊的情況。這些激光器能進(jìn)行連續(xù)的或高速模式及超級模式的激光輸出，為高速焊接和深度焊接提供連續(xù)的熔池。真正的脈沖激光器每次脈沖都形成新的熔池并覆蓋前次脈沖高達(dá)90%，而連續(xù)激光器輸入很低的熱能就可以焊接了。
然而，連續(xù)或超級模式的連續(xù)激光器必須用較高的平均功率來進(jìn)行更深的熔透焊接。為了提高焊接深度，激光器要加大平均功率或者降低焊接速度。這些激光器能進(jìn)行熱傳導(dǎo)模式，熔透模式，甚至是近似電子束焊接的小孔模式焊接。可以對激光束進(jìn)行不同的調(diào)整，如定點(diǎn)模式，縫焊模式以功率爬升模式。而許多模式都包含在受到專利保護(hù)的超級模式中。采用超級模式能將鐵合金焊接深度或速度提高40%，鋁合金的焊接能力提高600%。
超級模式可實(shí)現(xiàn)正弦波形和方波輸出，激光的峰值功率達(dá)到平均功率的2倍，而平均功率與連續(xù)輸出時(shí)相同。比如，平均功率1KW的激光器能產(chǎn)生100-1000Hz范圍內(nèi)的波形輸出，峰值功率達(dá)到2KW，而平均功率仍然為1KW。焊接區(qū)產(chǎn)生的煙塵及微粒子會使激光束發(fā)生散射，大約有40%的激光能量會在焦點(diǎn)處損失。煙塵集中到能反射激光束的程度需要一些時(shí)間。當(dāng)激光能量減少時(shí)，煙塵會迅速消散。超級模式就是利用了這一點(diǎn)，在煙塵達(dá)到一定濃度之前迅速輸入能量，然后等煙塵降到反射濃度閾值之下后開始輸出下一個(gè)高峰值功率。不同的合金有不同的超級調(diào)整頻率。在焊接中使用超級調(diào)整也能減少孔隙及發(fā)熱量。在鐵合金中，這些超級模式的連續(xù)激光器能在平均功率500W的情況下達(dá)到1.5mm的熔深，在1KW情況下達(dá)到3.5mm的熔深，而2KW情況下熔深可達(dá)到8mm。
這兩種激光通常都采用束傳輸，簡化了焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并使焊接過程更加一致可靠。光纖標(biāo)準(zhǔn)長度為5-50m，末端有稱為聚焦頭的標(biāo)準(zhǔn)聚焦裝置，聚焦頭將過來的激光束聚焦到工件上。這些聚焦頭可以是簡單的直筒形狀元件，也有90度角的拐角形狀。CCTV監(jiān)視系統(tǒng)是常用選項(xiàng)，它可以透過激光棱鏡將照相機(jī)的焦點(diǎn)投射到工件表面，再加一個(gè)十字交叉線發(fā)生器，系統(tǒng)就具備了簡單的“對準(zhǔn)、加工”功能。其他的選項(xiàng)還包括多點(diǎn)棱鏡，環(huán)形焦點(diǎn)，焊嘴，氣刀等。
