什么是激光摆动焊接技术?为什么说它是现代制造业的革新力量

    在现代制造业中,焊接技术的精度和效率直接关系到产品的质量和生产成本。传统焊接方法在面对复杂结构和高精度要求时,往往显得力不从心。激光焊接技术的出现,为制造业带来了新的希望,但其在焊接异种材料和复杂形状零部件时,仍存在孔隙、裂纹等缺陷。为了解决这些问题,激光摆动焊接技术应运而生,成为现代制造业中的一项重要革新。

 

什么是激光摆动焊接技术?为什么说它是现代制造业的革新力量


    什么是激光摆动焊接?
    激光摆动焊接,又称激光扫描焊接,是一种通过控制系统对激光束的摆动模式、频率和幅度进行精确调控的先进焊接技术。该技术的主要装置包括激光器、激光头(准直单元、聚焦单元、振荡单元和控制单元)以及冷水机等。其工作原理是:激光束通过准直单元后,入射到两个装有反射镜的光束偏转器上,由振镜电机控制,沿X、Y轴使光束偏转器转动,从而实现光束任意方向的偏转。经过聚焦单元后,激光束可以精确地发射到工件表面的各个部位,通过控制单元对振镜电机的控制,实现规律性偏转,达成在工件表面沿周期性扫描轨迹进行激光焊接的目的。


    激光摆动焊接的优势
    1.提高焊接间隙的容忍度
    传统激光焊接时,激光束能量高度集中,形成的熔池相对较窄,对间隙要求严苛,通常间隙控制在板厚的10%以下。而激光摆动焊接的最大间隙远超传统,无填充焊料时约为工件厚度的25%,有填充时可达315%。这在汽车制造中焊接不同厚度板材拼接的车身部件,或电子设备生产中连接多层电路板时,具有显著优势,大大提高了装配的灵活性和生产效率。
    2.优化焊缝宽度与熔深
    激光摆动焊接利用振荡激光束扩大熔池表面,从而增加焊缝宽度,降低熔深。熔池中的振荡会产生湍流,增强对流并改善传热。实验数据表明,特定材料焊接时,孔隙率可从传统的10%降至1.5%。这种优化不仅提高了焊接质量,还减少了焊接缺陷,提升了产品的整体性能。
    3.有效控制焊接缺陷
    裂纹控制:激光束振荡重新分配了熔池热量,降低温度梯度与热应力集中程度,减少裂纹萌生几率,延长焊接结构的疲劳寿命。同时,振荡促使热影响区晶粒细化与均匀生长,形成更多的等轴晶,增强焊缝抗裂纹能力,阻碍裂纹扩展,降低裂纹敏感性。
    气孔控制:激光摆动焊接中,激光束振荡引发熔池强烈湍流与对流,改变了熔池内液体流动特性,为气体逸出提供有效通道,加速气泡上浮与逸出,降低孔隙率。均匀的能量分布确保材料稳定熔化与凝固,减少因能量不均致局部飞溅、气体卷入形成孔隙的风险,提升焊缝致密性与质量稳定性,尤其在铝合金、钛合金等对孔隙敏感材料焊接中成效显著。


    关键焊接参数
    1.激光功率
    激光功率决定工件的热输入,与熔深、焊缝宽呈正相关。对1050铝合金板焊接实验显示,功率从200W升至800W时,熔深和焊缝宽均增大。因此,合理选择激光功率是确保焊接质量的关键因素之一。
    2.焊接速度
    焊接速度影响熔池的凝固与冶金特性。焊接速度的增加会导致晶粒尺寸的减小,主要是由于激光摆动焊接过程中熔池内湍流增强,增加的湍流会导致熔池中存在的未熔融晶粒破碎,导致晶粒尺寸减小。适当的焊接速度可以优化焊缝的微观结构,提高焊接质量。
    3.摆动频率
    摆动频率是激光摆动焊接中的关键参数,影响熔池行为与焊缝质量。
    减小热裂敏感性:增加摆动频率可促进等轴晶的生长,从而阻止裂纹萌生。
    降低飞溅程度:高频振荡引起的强烈搅拌效应,促进熔化材料的均匀流动,防止飞溅形成。
    匙孔变得更宽、更浅:降低匙孔坍塌的可能性,并防止气孔在焊缝中形成。因此,优化摆动频率可以显著提高焊接质量和稳定性。
    4.摆动幅度
    摆动幅度影响熔池形状与焊缝结晶。不同的摆动模式可以实现不同的焊接效果,选择合适的摆动幅度和模式,可以进一步优化焊缝的几何形状和微观结构,提高焊接质量。


    应用案例
    1.电池制造
    在电池制造中,激光摆动焊接技术可以有效改善焊缝裂纹和气孔缺陷,确保电池的安全性和性能。例如,电池铜元器件的焊接,通过激光摆动焊接可以实现无气孔、裂纹的高质量焊接,提高电池的可靠性和寿命。
    2.热换热器制造
    热换热器的制造要求焊缝具有良好的密封性和高强度。激光摆动焊接技术在换热器外部和截面的焊接中表现出色,不仅改善了焊缝外观和质量,还确保了内部结构的完整性和密封性。此外,管角接头的焊接也通过激光摆动焊接技术实现了高质量连接,提高了换热器的整体性能。
    3.异种材料焊接
    激光摆动焊接技术在异种材料焊接中也展现了显著优势。例如,不锈钢与铜的焊接,传统焊接方法往往难以实现高质量的连接,而激光摆动焊接可以有效解决这一问题,实现异种材料的高质量焊接,满足不同应用场景的需求。


    激光摆动焊接技术通过精确调控激光束的摆动模式、频率和幅度,显著提高了焊接质量和效率。其在现代激光加工制造业的应用,特别是在航空航天、汽车制造、电池制造和热换热器制造等高端领域,展示了巨大的潜力和价值。通过优化焊接参数,可以进一步提升焊接质量,满足不同应用场景的高精度和高效率要求,为现代制造业的发展提供了强大的技术支持。

创建时间:2025-01-10 14:15
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