激光焊接頭的特點及其應用領域
激光頭技術使用偏振器來反射激光產生的光束，以便將其聚焦在聚焦裝置中以產生高能量的光束。如果焦點靠近工件，則工件將在幾毫秒內熔化并蒸發(fā)。這種效果可用于在焊接過程中產生大功率CO2和大功率YAG激光器，開辟了激光焊接頭焊接的新領域。激光焊接頭設備的關鍵是大功率激光。主要有兩種類型，一種是固態(tài)激光器，也稱為Nd：YAG激光器。 Nd（釹）是稀土元素，YAG代表釔鋁石榴石，其晶體結構類似于紅寶石。 Nd：YAG激光器的波長為1.06μm。
它的主要優(yōu)點是所產生的光束可以通過光纖傳輸，因此不需要復雜的光束傳輸系統。適用于柔性制造系統或遠程加工，通常用于焊接精度高的工件。 Nd：YAG激光的輸出功率為3-4千瓦，通常用于汽車工業(yè)。另一個是氣體激光器，也稱為CO2激光器。分子氣體用作工作介質，以產生均勻尺寸為10.6μmm的紅外激光。它可以連續(xù)工作并輸出高功率。標準激光功率在2-5kW之間。
與其他傳統焊頭技術相比，激光焊頭的主要優(yōu)點是：
1.速度快，深度大，變形小。
2.焊接可在室溫或特殊條件下進行，焊頭設備簡單。例如，如果激光頭的激光束穿過電磁場，則該光束將不會移動；激光可以在真空，空氣和某些氣體環(huán)境中焊接，也可以通過玻璃或對光束透明的材料焊接。
3，可焊接鈦，石Shi等難熔材料，焊接異種材料效果良好。
4.激光聚焦后，功率密度高。焊接大功率設備時，長寬比可以達到5：1，最大可以達到10：1。
5，可以進行微焊接。聚焦的激光束可以獲得較小的光斑，并且可以精確定位，并且可以應用于自動大量生產的微型和小型工件的組裝和焊接。
6，焊接難以觸及的零件，實行非接觸式遠距離焊接，具有很大的靈活性。特別是近年來，在YAG激光加工技術中已經采用了光纖傳輸技術，這使得激光焊接技術更加廣泛地推廣和應用。
7.激光束可以根據時間和空間輕松分離光束，并且可以在多個工位同時處理多個光束，從而為更精確的焊接提供了條件。
但是，激光焊接也有一定的局限性：
1.要求焊件的組裝精度高，并且光束在工件上的位置不能明顯移動。這是因為激光聚焦后，光斑尺寸很小，焊縫很窄，內部充滿了金屬材料。如果工件的裝配精度或光束定位精度不能滿足要求，則容易引起焊接缺陷。
2.激光及其相關系統的成本較高，一次性投資較大。
激光焊接接頭技術參數：
（1）激光焊接頭的功率密度
功率密度是激光加工中最關鍵的參數之一。通過較高的功率密度，可以將表面層加熱至微秒時間范圍內的沸點，從而產生大量的汽化。因此，高功率密度對于諸如沖壓，切割和雕刻的材料去除工藝是有利的。對于較低的功率密度，表面層溫度達到沸點需要幾毫秒。在表面層蒸發(fā)之前，底層達到熔點，這很容易形成良好的熔焊。因此，當進行激光焊接時，功率密度在104至106W / cm 2的范圍內。
（2）激光焊接頭的激光脈沖波形
激光脈沖波形是激光焊接中的重要問題，特別是對于薄板焊接而言。當高強度激光束入射到材料表面時，金屬表面上60％到98％的激光能量將被反射和損失，并且反射率將隨表面溫度而變化。在激光脈沖期間，金屬的反射率發(fā)生很大變化。
（3）激光焊接頭的激光脈沖寬度
脈沖寬度是脈沖激光焊接的重要參數之一。它不僅是不同于材料去除和熔化的重要參數，而且還是決定加工成本和加工設備體積的關鍵參數。
（4）激光焊接頭的離焦量對焊接質量的影響
由于激光焦點處的光斑中心的功率密度過高，因此很容易蒸發(fā)到孔中。功率密度分布在每個平面上相對均勻，留下激光焦點。有兩種散焦方法：正散焦和負散焦。工件上方的焦平面為正散焦，否則為負散焦。根據幾何光學理論，當正和負散焦平面之間的距離等于焊接平面時，相應平面上的功率密度大致相同，但是實際獲得的熔池形狀不同。當發(fā)生負散焦時，可以獲得更大的穿透力，這與熔池的形成過程有關。
激光焊頭的應用領域
激光焊接頭廣泛應用于制造業(yè)，粉末冶金，汽車工業(yè)，電子工業(yè)等領域。
激光焊接頭技術在汽車領域的應用
目前，德國大眾使用激光焊接頭焊接奧迪A6，GolfA4，帕薩特等品牌的頂部。寶馬和通用汽車還使用激光焊接頭焊接車架頂部。德國梅賽德斯使用激光焊接頭焊接變速箱部件。
除激光焊接外，其他激光焊接技術也得到了廣泛應用：大眾，通用，奔馳和日產已將激光切割頭切割技術應用于切割機蓋，菲亞特和豐田已將激光涂層應用于發(fā)動機排氣門，而大眾在發(fā)動機凸輪軸上進行了激光表面硬化處理。
從目前的國內情況來看，國際品牌的國產車型：帕薩特，波羅，圖安，奧迪，東風標致，?？怂沟榷疾捎昧思す夂附宇^焊技術。其中，一汽-大眾奧迪A6的頂蓋和寶來的后蓋采用激光焊接頭焊接，司騰和途安車身的激光焊縫長度分別達到30m和40m。此外，國內自主汽車品牌華晨，奇瑞和吉利也相繼將激光焊接技術應用于新車型。
改進和發(fā)展激光焊接接頭的新焊接技術
隨著時代的進步，激光焊接頭焊接技術也在不斷發(fā)展。以下技術有助于擴大激光焊頭的應用范圍，提高激光焊頭的自動控制水平。
1. 填充絲激光焊接頭焊接頭
激光焊接頭通常不填充焊絲，但是對接焊接部件的組裝間隙很高，有時在實際生產中難以保證，限制了其應用范圍。使用焊絲填充激光焊接可以大大降低對裝配間隙的要求。例如，對于板厚為2mm的鋁合金板，如果不使用填充焊絲，則板之間的間隙必須為零，以獲得良好的成型效果。例如，如果將φ1.6mm的填充焊絲用作填充金屬，則即使將間隙增大至1.0mm，也可以確保良好的焊縫形成。另外，填充焊絲還可以調節(jié)化學成分或進行厚板多層焊接。
2. 光束旋轉激光焊接頭焊接
旋轉激光束進行焊接的方法還可以大大降低焊接組件和光束對準的要求。例如，在對接2mm厚的高強度合金鋼板時，對接裝配間隙可以從0.14mm增加到0.25mm；對于4mm厚的鋼板，它從0.23mm增加到0.30 mm。梁中心和焊接中心之間的允許對準誤差從0.25mm增加到0.5 mm。
3. 激光焊接頭焊接質量在線檢查與控制
近年來，利用等離子光，聲音和電荷信號檢測激光焊接頭的焊接過程已成為國內外研究的熱點，閉環(huán)控制過程已取得了一定的研究成果。
