近年來(lái),
激光加工技術(shù)廣泛普及,越來(lái)越多的行業(yè)在產(chǎn)業(yè)升級(jí)過(guò)程中選擇了激光加工,這讓激光工藝有了更廣闊的發(fā)展空間,也有了更多的創(chuàng)新和探索。其中,激光復(fù)合焊接就是激光焊接工藝領(lǐng)域的又一種新型工藝,這種加工工藝特別適合高反材料(銅、鋁、合金)的加工應(yīng)用,且焊接速度快、焊縫質(zhì)量高、焊接缺陷少、焊接強(qiáng)度高,可應(yīng)用在動(dòng)力電池、汽車(chē)白車(chē)身等行業(yè)。
激光復(fù)合焊接一般指將兩不同狀態(tài)(空間位置、光束質(zhì)量、光斑形態(tài)、光束能量、光波長(zhǎng)、作用時(shí)間等)的光束作用在焊接位置完成激光焊接;比較常用的是兩種波長(zhǎng)不同的光束進(jìn)行同軸合成之后同時(shí)作用于焊接位置。
中心光束:能量密度高、光斑區(qū)域小,進(jìn)行深熔焊接、提供主要焊接能量
周邊光束:能量密度小、光斑區(qū)域大,主要進(jìn)行預(yù)熱冷卻緩沖、提升中心光束吸收輔助焊接。
激光焊接過(guò)程中,外加電弧后,由于電弧產(chǎn)生的等離子體密度較低,因而使激光光致等離子體被稀釋?zhuān)入x子體對(duì)激光的入射阻礙減小,增加了激光照射到材料表面的能量;在電弧焊接過(guò)程中,等離子體傾向于向電弧中心方向移動(dòng),當(dāng)有激光照射在材料表面會(huì)產(chǎn)生大量等離子體,這些等等離子體會(huì)加強(qiáng)電弧的方向性和穩(wěn)定性,提高電弧的挺度。當(dāng)激光電弧復(fù)合焊過(guò)程中采用電弧在前,激光在后的焊接方式后,電弧會(huì)擴(kuò)大熱作用范圍,提高焊接搭橋能力,降低對(duì)焊接件拼縫間隙的裝配精度要求,這在中厚板焊接中尤為重要。此外,電弧焊接的加入,可以使焊絲填充焊縫,改變焊縫形貌。選擇不同的焊絲,還能調(diào)整焊縫化學(xué)冶金成分,改善接頭力學(xué)性能。
激光焊接根據(jù)需求可以分為多種形式,激光自熔焊、激光填絲焊、激光復(fù)合焊等,激光電弧復(fù)合焊(HLAW)是將兩種物理性質(zhì)和能量傳輸機(jī)制截然不同的高溫?zé)嵩磸?fù)合在一起,共同作用在材料表面,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料加熱完成焊接的過(guò)程。采用激光電弧復(fù)合焊接方法可以充分發(fā)揮兩種熱源的優(yōu)勢(shì),彌補(bǔ)單一熱源加工的劣勢(shì),是一種新型、高效、優(yōu)質(zhì)、節(jié)能的焊接方法。激光電弧復(fù)合焊相比單一的激光焊或者弧焊在中厚板材焊接過(guò)程中優(yōu)勢(shì)尤為明顯。
1、單獨(dú)采用激光焊存在的局限性主要包括:
激光束焦點(diǎn)直徑很小,因此熱作用區(qū)域小。激光焊對(duì)工件裝配間隙要求高,間隙兼容度低。特別是中厚板材,實(shí)現(xiàn)小間隙的焊前裝配困難。
激光對(duì)高反射率、高導(dǎo)熱系數(shù)材料的焊接比較困難,易產(chǎn)生裂紋、氣孔等缺陷,同時(shí)熔池流動(dòng)性差,使得焊縫成型差;
激光焊接時(shí)形成的等離子體對(duì)激光的吸收和反射降低了母材對(duì)激光的吸收率,使得激光能量利用率低;
焊縫冷卻速度快,高強(qiáng)鋼焊接時(shí)易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋。
單道焊縫熔深?。?/div>
厚板多層多道焊接時(shí),電弧難以深入坡口底部,極易側(cè)壁引弧,使得坡口寬度較大,焊接效率較低;
焊接速度低,如果速度過(guò)大會(huì)造成電弧不穩(wěn)定;
焊接熱輸入大,熱影響區(qū)大,板材變形量大。
激光電弧復(fù)合焊不但可以彌補(bǔ)單一熱源焊接時(shí)的局限性,同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)1+1>2的特有效應(yīng)。激光和電弧的復(fù)合實(shí)質(zhì)是光致等離子體和電弧的耦合
復(fù)合
焊接優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)
1.焊接表面光滑平整,未出現(xiàn)發(fā)黑發(fā)黃現(xiàn)象,無(wú)裂紋,密封性良好;
2.相對(duì)于傳統(tǒng)焊接,復(fù)合焊接速度可以提升2-3倍;
3.采用復(fù)合焊接,比單純的單光束光纖連續(xù)焊接所用加工功率明顯降低30%左右;
4.復(fù)合焊接良率明顯提升;
5.焊接過(guò)程中要注意保護(hù)氣的使用;
6.殼體如有雜質(zhì)易產(chǎn)生炸點(diǎn)現(xiàn)象,可補(bǔ)焊;
7.復(fù)合焊接對(duì)焊接軌跡容錯(cuò)性比單光纖焊接得到明顯提升。
應(yīng)用案例:
激光一 MIG 焊接技術(shù)應(yīng)用于全鋁車(chē)身奧迪A8車(chē)型的制造其車(chē)身測(cè)量具體位置分析如圖所示。整個(gè)車(chē)身激光一 MIG 復(fù)合焊接焊縫長(zhǎng)度共計(jì)4500mm。奧迪公司激光焊接技術(shù)中心的負(fù)責(zé)人 Helten 先生高度評(píng)價(jià):“激光與電弧兩種焊接方法復(fù)合可以獲得更好的焊接性能,從生產(chǎn)效率、成本、焊接質(zhì)量及安全性各方面來(lái)看,激光電弧復(fù)合焊接技術(shù)都突破了熱連接工藝的局限”
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