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浅析阿尔法激光点焊技术

2008-05-13 11:49
人在旅途20
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    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殊优势。由于采用激光作热源,点焊速度快、精度高,热输入量小,工件变形小;激光的可达性较好,可以减少点焊时位置与结构上的限制;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和精密构件的组焊中,采用频率、功率可调的脉冲激光器,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。未熔透情况下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。 
 
    武汉阿尔法激光的产品系列中有高速位移式激光点焊,即依靠工作台移动实现不同工位的焊接。同时还有高速扫描式精密激光点焊系统。后者采用软件控制,在图形的各个预定节点位置发出激光脉冲,使得原来需要10分种才能焊接完成的不同平面多焊点工件,现在可以在6秒内完成,减少了多次定位的麻烦,使劳动生产率得到惊人的提升,这项技术目前处于世界前沿水平。  

    在激光点焊的应用中,阿尔法激光的技术中心在逐步把产品趋向小型化,精密化,模块化,使得用户在生产环节的每一步均可找到适合自己的应用方式。 
  
    武汉光电国家实验室(筹)是中国科技部、教育部、中国科学院二00三年十一月联合批准筹建的全国六大国家实验室之一,是国家科技创新体系的重要组成部分和“武汉--中国光谷”的创新研究基地,将为解决国家光电子产业发展中的重大关键科学问题提供强有力的支持。 

    武汉光电国家实验室(筹)总投资四点五亿元人民币,实行理事会领导下的主任负责制,华中科技大学校长李培根院士任理事长,中科院院士叶朝辉任主任。该实验室筹建两年来,已取得阶段性的进展,现已成立七个研究部,从事光电子器件与集成、激光科学与技术、光电信息存储、生物医学光子学、纳米光子学与微系统研究、通讯与智能网络等领域的研究,已有固定高级研究人员近百名,其中从海外吸引优秀人才二十名。 

     目前,该实验室已经启动与乔治亚理工学院的具体合作,并将利用正在此间举行的“中国光谷”国际光电博览会暨论坛机会,促进中国光电子领域与国际学术界之间的交流与合作,同时为武汉光电国家实验室(筹)的发展战略提供意见和建议。 
 
    据介绍,中国同期批准筹建的另五个国家实验室包括沈阳材料科学国家(联合)实验室、北京凝聚态物理国家实验室、合肥微尺度物质科学国家实验室、清华信息科学与技术国家实验室和北京分子科学国家实验室,其中前者已通过验收。而在此之前,中国顶级实验室仅有北京正负电子对撞机国家实验室、兰州重离子加速器国家实验室、合肥国家同步辐射实验室等极少数几个。

(编辑:文静)

 

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