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雷射在板片迭焊的应用

发布者::admin   发布时间: :2012-05-16 13:26 浏览次数: :

 

雷射焊接比传统电弧焊接可以得到较小、较深的焊道。除了这个优点外,雷射焊接是利用激光束,喷溅情形小、热影响区小,不会破坏材料的机械性质、材料吸热少,变形量小、定位精确,自动化容易等等。
近年来,雷射焊接越来越多被应用在金属板片的结合,大多数是用在板片的对接与拼接方面。相对于对接与拼接,迭焊再使用雷射焊接时要考虑的条件就比较不同了。在对接与拼接时,焊接深度可能仅在于板片的单一厚度考虑,而在迭焊时,焊接的厚度是两片板片的厚度相加起来,所以焊接的深度是要考虑总和深度,而非单一片材厚度。而雷射迭焊加工另一个重要课题则是:材料夹持,其包括上、下材料的间隙、对位、平整度(热变形量)、背吹等主要问题。
目前的平板式产品当中,由于焊道宽度需2mm以下,而且并非直线,传统焊接无法提供优良的细窄焊道,另外在焊接工法上也较难以达到转弯加工路径。在材料上。而为了提高抗腐蚀性能所使用的SUS316不锈钢,若采用铜焊方式,因铜与不锈钢硬焊接合强度不够,且接合处容易腐蚀,造成损害;若改采TIG、MIG,则因热输入量过大,会有严重变形现象产生,接合区域也需要较多;电阻焊接则因为产品的表面有凹凸外型,不适合生产,因此必须采用精准的雷射焊接。
 
     

图一、雷射迭焊示意图 图二、雷射焊接断线图三、雷射焊接击穿
图一为板片雷射迭焊的示意图,由于板片表面存在凹凸不平的结构设计,留存的焊道仅2mm宽度,因此需要精准的焊接控制才能达到要求。我们利用1064nm波长的Nd:YAG雷射,将光束直径聚焦在0.8mm左右,特别的是要避开旁边的凹凸结构,其高度需低于雷射光学焦距的50%,以避免干扰光束加工。图二、三是初期雷射焊接不良之成品。在调整过参数后可以得到图四的优良成果。
 
雷射迭接以后,因成品的外型导致挟持困难,致使无法以拉伸机试验抗拉强度。因此采用焊道剖面金相试验与微硬度分析,检验焊道质量。图五为第一次检验结果,腐蚀液采用CuSO4+HCl +water进行4分钟腐蚀。由结果可以看到焊接完全贯穿,焊道上表面宽约800μm,底部宽约200μm,底部则因冷却与空气包覆问题,残留一细小孔洞。
图五、成品第一次金相检验 图六、成品第二次金相检验 图七、微硬度检验
调整参数后进行第二次焊接可以得到如图六的结果,由图六可以看到焊道同样呈现上宽下窄的特性,同样有完全贯穿的现象。将其以放在硬度计上测试焊道整体横向硬度,可以发现如图七的结果,焊道的硬度高于母材料,因此可推估焊道强度应高于原母材。
以上的实验可以看到,雷射使用在表面有凹凸结构的金属板片迭焊时,会遭遇到因为结构的影响迁就雷射参数的状况,在慎选雷射种类下,调整激光束聚焦光路、能量参数、材料夹持、辅助气体供应等问题,则达到板片制程的要求,并且经过检验发现可以得到优良成品的结果,以上的结果可以提供给产业界参考借镜。
 
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