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怎样为激光焊接选择正确的激光器

怎样为激光焊接选择正确的激光器
方法/步骤
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按熔深大小选择激光器   激光器的选择按照熔深大小可分为:小于0.01in、0.01~0.03in和大于0.03in。一般来说,可以选择多个激光源来完成焊接,但是出于对性能和预算的考虑,往往只能选择一到两个光源。当然,最后的决定可能还会受其他很多因素影响,比如样品质量、地理因素、售后服务、系统集成商的偏好等,当然可能还会受人缘关系影响。

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◆ 小于0.01in焊缝熔深   主要采用脉冲Nd:YAG激光器,其次是光纤激光器。在考虑部件装配、接头形状、材料和镀层等情况下,需要对整个焊接过程有更好的控制,脉冲Nd:YAG激光器则是最佳的选择。采用高峰值功率可以产生光点尺寸大于1000微米的焊接光束,在选择焊点尺寸时具有较大的灵活性,从而使焊接本身的工艺窗口最大化,同时保证在生产环境中必要的容差。   光纤激光器是该分类中唯一一种连续波激光,因为光纤激光器可以使光束聚焦后的光点尺寸小于25微米,这样就可以获得焊接所需要的高功率密度。为了保证在微加工领域的价格竞争力,光纤激光器功率一般不超过200W,这样也就限制了其最大的光点尺寸,无法提供足够的功率密度,一般焊点尺寸不超过75微米。这是光纤激光器一个最大的限制,这样在实际生产中,按配合公差和叠加公差来调节接头/部件时,往往无法保证±15毫米的误差范围。   光纤激光器主要用于为了保证稳定性对焊点要求很高的厚度较薄材料的搭焊中。光纤激光器采用焦距为150mm的镜头可以产生直径小于25微米的光点,这样给加工带来了足够的操作空间。光纤激光器采用搭焊焊接可以以较高的速度获得熔深达到0.01in甚至高于0.01in的焊缝;200W单模式光纤激光器在高达50in/s速度下可以获得0.004in的熔深。   相比较来说,脉冲Nd:YAG激光器除了薄箔片焊接外在这个区间可以满足所有的应用。该激光器的光点尺寸、脉冲宽度以及峰值功率范围都较大,因此在经过调节和优化后几乎可以满足各种焊接需求。

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◆ 0.01~0.03in焊缝熔深   上面所说的脉冲Nd:YAG激光器和光纤激光器的应用分类在这里依然有效,但是范围较窄。脉冲Nd:YAG激光器用于大多数的点焊加工,而采用约500W功率且光点直径为0.01微米的光纤激光器可以用于低容差的对接焊和角焊中。脉冲Nd:YAG激光器的性价比相对较高,500W和25W功率的激光器可以在不同焊接速度下带来不同的焊缝熔深;峰值功率可以保证熔深性能而平均功率可以保证缝焊的焊接速度。   功率在500~800W之间的二极管激光器可以焊接容差较大的部件,速度一般要比光纤和碟式激光器慢,但是较大的容差可以弥补这一不足。

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◆ 焊缝熔深大于0.03in   所有的激光器都适用于此范围。脉冲Nd:YAG激光器可以达到的熔深约为0.05in,而其他类型的激光器可以达到0.25in,有些甚至超过0.5in。一般来说,该范围内脉冲Nd:YAG激光器所适用的焊接部件都比较小,如采用缝焊的压力传感器等元件。除此之外,在速度和熔深方面,汽车行业基本涵盖了几乎所有的应用范围,光纤、CO2、碟式和二极管激光器都可以选择使用。

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寻求平衡   这些激光源最主要的区别是光束质量、亮度和波长。光束质量指的是激光的可聚焦性,亮度指被聚焦光束内的功率密度。举例来说,CO2激光器和光纤激光器的光束质量差不多,这样如果其他参数都一样的话,它们可以聚焦成为直径相同的光点。光纤激光源的波长是CO2光源波长的十分之一,因此光纤激光源可以产生的光点直径就是CO2光源的十分之一;而光纤激光源的光束质量和亮度则更好。   在激光焊接中,熔深和速度是与光束质量和亮度成正比的,而焊接稳定性和容差与光束质量和亮度却没有那么直接的关系。因此,焊接性能和质量以及工艺窗口的宽度之间必须寻求一种平衡。需要知道的是,为了满足实际需求,可以将光束的质量调低,但是无法将较差的光束变好。

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在0.25in熔深时,以上几种激光器的焊接速度非常接近;光纤和碟式要比CO2速度快,而二极管要慢于CO2。采用较高功率激光器进行焊接通常需要两班倒的方式,这意味着选择哪一种激光器还与采购激光器的成本有关。虽然CO2激光器拥有大量的用户,而且他们对这种技术也非常熟悉,不过与光纤、碟式和二极管激光器相比,CO2激光器单次焊接的成本要高很多。   激光焊接在熔深需求超过0.25in的焊接应用中与等离子和弧焊相比要更有优势,可以大大减少热变形。热变形的减少可以维持部件的几何形状,这样就不必再对部件几何外形进行重新处理。部件配合在这种厚度下可能会带来问题,可以采用填丝或将激光焊与等离子焊及弧焊相结合的工艺流程。

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