激光焊接的最新進(jìn)展
1新型激光器
(1)直流板條式(DCSlab)CO2激光器、(2)二極管泵浦的YAG激光器、(3)CO激光器、(4)半導(dǎo)體激光器、(5)準(zhǔn)分子激光器。
2激光器功率的大型化、脈沖方式以及高質(zhì)量的光束模式
以美國PRC公司為例,幾年前,用于切割的CO2激光器功率主要是1500~2000W,而近期的主導(dǎo)產(chǎn)品是4000~6000W,6000W可切割的不銹鋼厚度、碳鋼厚度分別為35mm和40mm。
3設(shè)備的智能化及加工的柔性化
尤其是對YAG激光,由于可用光纖傳輸,給加工帶來了極大的方便。
其主要特點是:①一機(jī)多用。②采用一臺激光機(jī)可進(jìn)行多工位(可達(dá)6個)加工。③光纖長度最長可達(dá)60m。④開放式的控制接口。⑤具有遠(yuǎn)距離診斷功能。
4束流的復(fù)合
最主要的是激光-電弧復(fù)合。深熔焊接時,熔池上方產(chǎn)生等離子體,復(fù)合加工時,激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩(wěn)定;復(fù)合加工可提高加工效率;可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性;可增加焊接的穩(wěn)定性和可靠性;通常,激光加絲焊是很敏感的,通過與電弧的復(fù)合,則變的容易而可靠。
激光-電弧復(fù)合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA。通過激光與電弧的相互影響,可克服每一種方法自身的不足,進(jìn)而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。
GMA成本低,使用填絲,適用性強(qiáng),缺點是熔深淺、焊速低、工件承受熱載荷大。激光焊可形成深而窄的焊縫,焊速高、熱輸入低,但投資高,對工件制備精度要求高,對鋁等材料的適應(yīng)性差。Laser-GMA的復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)在:電弧增加了對間隙的橋接性,其原因有二:一是填充焊絲,二是電弧加熱范圍較寬;電弧功率決定焊縫頂部寬度;激光產(chǎn)生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力,使電弧更穩(wěn)定;激光功率決定了焊縫的深度;
從能量觀點看,激光電弧復(fù)合對焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng),一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度;二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。
GMA、激光加絲和激光電弧復(fù)合三種方法焊接時線能量、焊縫斷面以及能量利用率的比較。
Laser-TIGHybrid可顯著增加焊速,約為TIG焊接時的2倍;鎢極燒損也大大減小,壽命增加;坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時相近。阿亨大學(xué)弗朗和費激光技術(shù)學(xué)院研制了一種激光雙弧復(fù)合焊接,與激光單弧復(fù)合焊相比,焊接速度可增加約1/3,線能量減小25。
英國Conventry大學(xué)現(xiàn)代連接中心亦有Laser-plasma復(fù)合焊接的報導(dǎo)。其優(yōu)點是:提高焊接速度和熔深;由于電弧加熱,金屬溫度升高,降低了金屬對激光的反射率,增加了對光能的吸收。在小功率CO2激光試驗基礎(chǔ)上,還要在12000WCO2激光以及光纖傳輸?shù)?kWYAG激光器上進(jìn)行,并為機(jī)器人進(jìn)行PALW打基礎(chǔ)。
5鋁合金的激光焊接
鋁合金由于比強(qiáng)度高、抗腐蝕性好而得以廣泛應(yīng)用。CO2激光焊接鋁合金的困難主要在于高的反射率以及導(dǎo)熱性好,難以達(dá)到蒸發(fā)溫度、難于誘導(dǎo)小孔的形成(尤其是對Mg含量比較小時)以及容易產(chǎn)生氣孔。提高吸收率的措施除了表面化學(xué)改性(如陽極氧化)、表面鍍層、表面涂層等外,也有用激光-TIG、激光-MIG的報道,其中MIG-DCelectrodeposition方法由于表面的清理作用強(qiáng)和加絲的合金化作用效果為好。
最近,比利時的LCretteur和法國的SMarya對6061鋁合金進(jìn)行了混合氣和焊劑的CO2激光焊。在給定的試驗條件下表明:70He 30Ar、氣流方向與焊接方向相反時效果為好;針對穿透焊接時焊縫背面容易產(chǎn)生下垂缺陷,采用75LiF 25LiCl的焊劑,起到了祛除氧
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