激光脉冲点焊参数 (激光螺旋点焊原理)

上海南京激光点焊,复合激光点焊端子

焊接技术是随着金属的出现及应用而诞生。在古代的焊接方法主要有铸焊、钎焊和锻焊﹔到了近代,以能局部熔化金属为高温热源的电弧和氧乙炔,并作为当时主流的焊接方法;在炭极电弧焊和气焊得到推广和应用的同时,薄药皮焊条电弧焊出现,使得焊接的质量得到很大的提高;随着工业的发展以及各个行业对不同金属的焊接要求不同,尤其是为了适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要,钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。

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逐步发展至今,焊接技术逐步成熟,专业知识及技巧也得到了进一步的发展,焊接方式也呈现出多样化,例如电阻焊接、电弧点焊、胶接点焊以及激光点焊等。目前生产中所使用的点焊方式大多为电阻点焊,它在自动化和机械化中易于实现,生产效率高。

如何在激光点焊的过程中减少或没有背痕,使得工件或产品表面更加光滑和美观?

传统的工业制造方法主要是运用电阻点焊,该电阻点焊的原理是使工件处于一定电极压力作用下并利用电流通过工件时所产生的电阻热将两工件之间的接触表面熔化而实现连接的焊接方法。

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通常使用较大的电流,为了防止在接触面上发生电弧并且为了锻压焊缝金属,焊接过程中始终要施加压力。制品与电极接触的上下表面均会有压点的痕迹(背痕),若对表面要求高的制品,则需要进行后续的表面加工工序,消除痕迹。

而激光点焊是 利用激光脉冲能量穿透上层金属与下层金属形成结合 。激光穿透的金属一面(一般为制品内部)激光焊点表面存在金属堆积,由于金属来不及回填产生,焊点中心则呈现不同程度的下塌,而底层金属(一般为制品外观面)表面往往会产生痕迹(背痕)。有时对工件的工件表面进行多个焊点的焊接,使得背痕更加明显。所以可以选择在工件的 弯曲处直接进行激光点焊

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根据各工件的结构,选择各工件的弯曲处为焊点位置,并进行激光点焊。激光点焊的点焊方向为该工件内侧(即产品的内部或产品的内表面),优选的为 曲率最大的内侧位置 作为焊点位置,即弯曲处中部。焊点如果设置在镜面平面处,由于焊点多少都会有轻微变形而产生漫反射,在镜面平面位置一般是发生镜面反射,非常容易在视觉上察觉到反射的差异,即容易观察到背痕的存在。而在曲率比较大的工件外表面即圆角处,光照射后本身就易于发生漫反射,故即使此处有微小背痕也不易于观察到。

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与此同时在该焊点位置焊接工件可以减少焊点,提高经济效益

在激光点焊的过程中,根据需要,选择在该工件弯曲处进行激光点焊,控制焊点的个数。根据不同的焊接材料选择不同的功率密度范围值;同时在激光点焊的时候以防熔池氧化,可以采用 保护气体进行保护 ,防止氧化,该保护气体有氩气、氮气等;与此同时可以配合的调控激光点焊的持续时间,即调整脉宽。采用该方法将进一步保证在激光点焊的过程中减少或没有背痕,使得工件或产品表面更加光滑和美观。

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但是也存在很多问题待解决,操作起来还是有一些难点在的。比如 无损检测困难 接头强度低 等。

激光点焊作为一种新的点焊方式,与传统的电阻点焊相比具有其特有的优势。

①点焊速度快

②焊接精度高

③焊接效率高

④热输入量小

⑤工件变形小

⑥激光的可达性较好

⑦可以减少点焊时位置与结构上的限制

⑧成本低

⑨无需后续加工,减少操作步骤,提高产品竞争优势

激光点焊属于无接触焊接,焊点之间的距离、搭接量等参数的调节范围大;不需要大量的辅助设备,能够较快的适应产品变化,满足市场需求。激光点焊所具有的高精度、高柔性的特点使其在实际生产,特别是航空工业的应用中能够取代传统的电阻点焊和铆接等工艺。 目前激光点焊技术多应用在大批量自动化生产的微小元件的组焊中,采用高频率、低功率的脉冲激光器,所得焊点热影响区小,焊点无污染,焊接质量高。

激光焊点分析:

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。相对于连续焊来说,由于激光点焊加热时间短,金属的冷却凝固速度很快,所以下塌现象更明显。另外,在点焊过程中还存在着金属的损失,这种损失一方面是由于激光点焊时金属急剧蒸发,另一方面是金属蒸发时产生的反冲压力造成金属的飞溅。 在未熔透情况下焊点表面均无下塌现象,且功率变化对熔深的影响较大。焊点完全熔透,此时表面出现明显下塌,甚至在焊点的表面中心形成凹坑,激光功率越大,凹坑现象越明显。气孔现象要比熔透情况下明显。气孔位置一般出现在熔合面附近,这可能是由于激光功率较小时熔池的搅动不够剧烈,熔池中的气泡无法很快的上浮,从而形成气孔。

离焦量对焊点焊的影响

离焦量的变化直接改变了光斑直径与能量密度的大小,离焦量向负方向和正方向增大时,都意味着光斑直径的增大和能量密度的减小。在激光点焊过程中,光斑直径与激光入射在试件上所形成的初始匙孔大小存在一定的对应关系,而能量密度则决定了熔池的扩展速度。当离焦量绝对值较小时,激光光斑直径小,激光功率密度大,焊点熔池扩展的速度较快,但初始匙孔的直径小;相反情况下,离焦量较大,初始匙孔的直径大,但是熔池扩展速度变慢,得到的焊点尺寸不一定很大,故在离焦量的变化过程当中光斑直径和焊点表面功率密度的综合作用决定了焊点尺寸的大小。

激光点焊具有的特性:

(1) 随着激光功率的增加,焊点表面直径出现上下波动,熔合面直径和下表面直径增长缓慢。焊点截面形态的变化不明显。而随着持续时间的增加,焊点尺寸增长很快,熔合面直径的变化速率要大于上下表面直径的变化速率。离焦量的变化对焊点尺寸的影响很大。它直接改变了光斑直径和激光功率密度,这两者的综合作用决定焊点尺寸的大小。

(2) 在熔透情况下,激光点焊的焊点表面存在明显的下塌。随着激光功率和持续时间的增加,焊点表面的下塌深度增大,在持续时间或者间隙尺寸较大的情况下,下表面还会出现内凹。

(3) 随着间隙的增加,焊点整体变形,中心的下塌和内凹都很明显,且熔合面出现收缩现象,强度下降很快。 目前在焊接电阻、电池及电子领域常用同时焊接两个点的工艺,通常采用两个激光光源设计。

综上所述,在工业生产过程中点焊所产生的痕迹影响工件或产品的美观﹔增加该消除痕迹的工序,进而增大了加工难度和工序的繁琐,同时也增加了生产的成本