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激光焊机原理


激光焊机的冷水机的原理在激光(镭射)系统中的激光发生源、光束控制器和电控柜都可能需要额外冷却。对冻水温度要求通常在15-22℃之间,对冻水精度要求通常为±1K 或±2K。部分设备可能要求±0.5K, 另外部分设备对冻水电导率,耐腐蚀等有一定的要求。激光系统中通常在启动时对水温有一定要求,这样就需要在水回路中增加电加热。在部分系统中的光束控制器会要求独立冷却回路。对于激光系统中的特殊应用,都能专门设计工业冷水机以满足不同的要求。
深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体,在激光作用下发生电离,从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用,因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应,使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生,研究它们与焊接规范及焊缝质量之间的关系,和利用这些特征信号对激光焊接过程及质量进行监控,具有十分重要的理论意义和实用价值。
由于经聚焦后的激光束光斑小(0.1~0.3mm),功率密度高,比电弧焊(5×102~104W/cm2)高几个数量级,因而激光焊接具有传统焊接方法无法比拟的显著优点:加热范围小,焊缝和热影响区窄,接头性能优良;残余应力和焊接变形小,可以实现高精度焊接;可对高熔点、高热导率,热敏感材料及非金属进行焊接;焊接速度快,生产率高;具有高度柔性,易于实现自动化。
激光焊机焊接技术是一种高新技术,由于其特点,特别适合在传感器密封焊中使用,国外许多生产传感器的厂家均利用激光焊接工艺生产传感器,而国内采用此工艺的厂家不多,主要是一些生产军用传感器产品的厂家和部分科研机构在采用此种工艺,且采用国外激光焊接机的较多。国内激光焊接机在性能上已和国外产品相差不远,完全可以胜任国内生产传感器的工艺要求,但价格是国外同类产品的1/3-1/5。
机械使用编辑
激光焊机焊接有两种基本模式:热导焊和深熔焊,前者所用激光功率密度较低(105~106W/cm2),工件吸收激光后,仅达到表面熔化,然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅,深宽比较小。后者激光动车密度高(106~107W/cm2),工件吸收激光后迅速熔化乃至气化,熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底,使小孔不断延伸,直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时,小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方,凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大,深宽比也大。在机械制造领域,除了那些微薄零件之外,一般应选用深馆焊。
激光焊机的结构模式一般分为封闭式和开放式,这两种结构各有优缺点。封闭式是设计成一个可开合的封闭箱的结构,激光工作的时候都须在箱中进行,封闭式的焊机设有焊烟吸附过滤系统,因此,在焊接过程中的剩余辐射能量和金属焊烟都能屏蔽掉,大限度地保护操作者的健康;但由于封闭式的焊机的所有操作都须在一个封闭工作箱中进行,而且结构固定,这样就限制了工件的大小,因此,这种焊机不适合进行大型模具的修复焊接。
考虑到焊接时剩余的辐射激光能量小,焊烟在通风效果好的地方对人伤害较少,因此也出现开放式的激光焊机。但开放式的机构也存在很多的结构方式,而且其实用性也差别较大。按照同普的多年经验,模具修补用的焊机都要求须体积轻巧多变,能轻易地移动,适合不同模具修补的需要。国内一般的激光焊接机器体积庞大笨重,激光总成一般做成固定式,难以移动,不适合对大型的难以移动的模具进行修补工作。
激光焊点表面存在金属堆积,焊点中心则呈现不同程度的下塌,这主要是由于金属来不及回填产生的。当激光功率达到一定值时,熔池中的液态金属急剧蒸发形成匙孔,并产生一个反冲力,把液态金属推向熔池的边缘,堆积在焊点周围。当激光停止作用时,金属不再蒸发,反冲力消失,堆积的金属在重力的作用下重填匙孔,同时液态金属冷却凝固。如果金属在没有完全回填匙孔的情况下凝固,就会在焊点表面形成下塌。
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