具有摆动(摆动)头技术的铝的光纤激光焊接

时间:2020-11-27 15:07来源:未知作者:weixiang 点击:
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摘要:激光制造商说得最好。激光的未来对光纤激光器来说是光明的,并且对未来十年的估计是,将取代原来的焊接技术,转向光纤激光器。实际上,二极管泵浦光纤激光器更便宜,维护,备件成本更低,并且对环境友好。

关键字:激光,激光技术,激光焊接

激光制造商说得最好。激光的未来对光纤激光器来说是光明的,并且对未来十年的估计是,将取代原来的焊接技术,转向光纤激光器。实际上,二极管泵浦光纤激光器更便宜,维护,备件成本更低,并且对环境友好。

在2019年5月的金字塔上,决定开发我们的激光焊接机系列,以包括带有振荡头的光纤激光器。本白皮书旨在概述敏感工业应用中铝包装的焊接工艺优化过程。

什么是带有振荡头的连续光纤激光器?

 
 
 

连续波(CW)激光器是具有连续发射强光束的能力的激光器。使用正确的光学元件,该光束可以聚焦到直径为51μm的光斑,相比之下,它是等效Nd:YAG脉冲激光(0.7mm)的10倍。为了产生焊缝,使用可以处理1.5kW大功率激光的反射镜,通过扫描仪头使光束沿焊缝路径振荡。

这些特性可以实现高功率密度,足以熔化大多数金属并在某些情况下使其蒸发。这样可以对两种类型的焊缝进行分类,分别称为传导限制焊和锁孔焊[1]。如果不加控制,熔池和光纤激光束之间会存在强烈的相互作用,这会导致焊接不良。我们最初遇到的问题存在于深孔和窄键孔焊接中。

但是,在传导受限模式下,在较浅的焊缝中也可以看到这种效果。(穿透深度/焊缝宽度<0.5)[2]

当金属蒸发时,会在键孔焊接中出现等离子体形成(见图2)。它还会产生光束散射效应,导致焊接不良。显示图片和证据(见下文)。为解决这些问题,我们寻求了激光加工专家的建议,例如Paul Harrison(SPI Lasers)和激光材料加工(SPRINGER)的合著者William STEEN。

等离子形成“球”和束流散射

由于诸如热透镜聚焦或熔池反射聚焦之类的作用,温度可能会高于钥匙孔入口[3]。当气体被加热到高温时,它可以被电离并变成等离子体,在那里金属蒸气和灰尘可以聚集,产生一个“等离子体球”,将入射的激光束朝多个方向散射(见图2)[3]。。

保护气的重要性–提取装置

为了防止上述情况,需要包括抽气机和/或保护气的装置。用作保护气体的气体类型很重要,应优先选择中性和惰性气体,因为它们与熔池的相互作用较小。在我们对不同设置的试验中看到了不同的结果。最终,一个被证明是反复成功的,其中包括一侧的保护气体射流和另一侧的提取气体。(请参见下图)

我们在受控的气氛中使用氮气作为保护气体射流,该气氛由大多数氮气和5%氦气组成。下面是2个完全相同的包装,并焊接了完全相同的参数。一种没有萃取物和保护气,另一种没有。

注意:此处,保护气体/保护气/萃取物在保护光学器件方面起着不重要的作用。的确,聚焦距离(+ 200mm)远离工作区域,因此可以防止飞溅和烟雾。

角焊缝–盖子定位的重要性

关于实现重要部位的焊接类型,盖的位置各不相同。对接接头的焊接在两个焊接件之间的间隙大约为0.1〜0.2mm(参考SPI Lab报告),不影响焊接质量。但是,对于角焊缝,盖子错位会导致焊缝的焊接路径不相等。与平整平面对接焊缝不同。因此,熔融金属的流动更均匀地分布。下图是同一包装上未对齐盖子的角焊缝的两个相对边缘的图片和横截面。

通过观察以上部分,我们可以知道焊缝形状是不同的。一种在壳体上(左)被焊接,另一种在盖上(右)被焊接。

但是,横截面突出表明,盖子的微小错位实际上限制了对焊缝内部结构的影响。对宽度的影响较小(1.14mm / 1.18mm),对焊接深度的影响较小(0.70mm / 0.53mm)。

运行特性

与固定光学器件相比,这种激光技术具有很高的灵活性。焊接深度和宽度可以独立控制,因此在焊接设备的间隙和公差方面更加宽容。

功率,幅度,频率和平均速度应该是要考虑的主要参数。在某些应用中,热变形至关重要(例如,光纤电信设备),因此目的是将其保持在尽可能低的水平。我们对铝制包装(等级4047-盖至6061的外壳)的案例研究表明,采用以下设置可获得最佳结果:

表–工艺参数及其对焊接特性的影响的非详尽概述

概要

总而言之,使用带有振荡头的光纤激光器在工业环境中焊接4047至6061级铝是成功的。实验室进一步的积极测试表明,使用这项新技术提供的扩展处理窗口,可以在许多不同的金属上实现高质量和稳定的焊接。

下列金属的焊接潜力已在实验室证明和/或已在工业应用中得到证实:

  • 铝4047; 6061
  • 硅铝
  • 304级不锈钢;316
  • 钛合金Ti-6Al-4V
  • 黄铜95/5
  • 科瓦…
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【光粒网综合报道】( 责任编辑:weixiang )
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