激光是指原子受激輻射產(chǎn)生的光,是一種能量密度高、方向性和單色性好的相干光輻射。激光加工是將激光聚焦于被加工物體上,使物體加熱、融化或氣化,從而達(dá)到加工目的。激光加工具備無(wú)接觸加工、高效率、材料損耗低、加工范圍廣與易自動(dòng)化集成等特征,也就造就了激光加工相對(duì)于傳統(tǒng)加工具備明顯優(yōu)勢(shì)。激光加工的優(yōu)勢(shì)使其在眾多領(lǐng)域替代傳統(tǒng)加工方式,下游應(yīng)用層出不窮。除了傳統(tǒng)鈑金中的切割和焊接應(yīng)用,激光設(shè)備已經(jīng)在汽車、3C、鋰電池、光伏、航空和醫(yī)療領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
激光技術(shù)是中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵支撐技術(shù)之一,因此中國(guó)政府歷來(lái)高度重視發(fā)展激光產(chǎn)業(yè),已出臺(tái)多項(xiàng)政策支持激光設(shè)備及其核心部件激光器的發(fā)展。
激光在工業(yè)上的應(yīng)用主要體現(xiàn)在利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料進(jìn)行加工處理,激光加工按激光束對(duì)材料的作用效果可劃分為激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)、激光熔覆等。2021年激光切割設(shè)備和激光焊接設(shè)備的市場(chǎng)占比分別為38.1%和18.9%,合計(jì)占比57%,是激光的主流應(yīng)用方式。
激光焊接技術(shù)作為一種新興的高端加工技術(shù),近年來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。作為一種高精度、高效率、非接觸的加工技術(shù),激光焊接技術(shù)在多種復(fù)雜領(lǐng)域中擁有廣泛應(yīng)用,如航空、汽車、鋰電池、電子、船舶、石油、機(jī)械等。下面將從激光焊接機(jī)的工藝、材料、機(jī)器人、氣體以及操作方法等多角度進(jìn)行分析。
一、激光焊接機(jī)的工藝分析
激光焊接機(jī)器通常由激光器、光束傳輸設(shè)備、焊接頭部、工作平臺(tái)等組成,其工作原理是:將激光束聚焦到一定的焦點(diǎn)上形成高能密度的光束區(qū)域,通過加熱金屬表面使其熔化,然后進(jìn)行熔化池?cái)噭?dòng)、流動(dòng)、冷卻、再結(jié)晶等過程,最終完成焊接任務(wù)。
激光焊接機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是焊接質(zhì)量高,焊縫尺寸小,熱效應(yīng)小,因此適用于焊接高品質(zhì)材料。在激光焊接機(jī)的發(fā)展歷程中,單脈沖激光焊接、雙脈沖激光焊接、激光釬焊、激光深焊接等技術(shù)逐漸成熟,且得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí),激光焊接機(jī)具有自動(dòng)化程度高,生產(chǎn)效率高的特點(diǎn),是傳統(tǒng)焊接技術(shù)的一種重要替代技術(shù)。
二、激光焊接機(jī)可以焊哪些材料?
激光焊接機(jī)可以焊接各種金屬材料,包括鋁、鎂、鋼、銅等。不僅如此,現(xiàn)代激光焊接技術(shù)還可以焊接不同材質(zhì)的組合件,如鋼鋁復(fù)合板、陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料等。在焊接這些復(fù)合材料時(shí),激光焊接機(jī)可以減小熱影響區(qū),提高焊接強(qiáng)度和耐磨性,從而提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量。
三、激光焊接機(jī)器人
與傳統(tǒng)手動(dòng)焊接相比,激光焊接機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、自動(dòng)化生產(chǎn)。機(jī)器人可以根據(jù)預(yù)置的程序精確控制光束位置、熔池大小,充分利用激光焊接的快速響應(yīng)和高精度特點(diǎn),提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此外,在不同焊接任務(wù)的轉(zhuǎn)換時(shí),機(jī)器人可以換不同的焊接頭,實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換。
四、激光焊接機(jī)用什么氣體?
在激光焊接過程中,氣體扮演著至關(guān)重要的角色。氣體可以清除焊接池中的雜質(zhì),控制過熱區(qū)域的大小,防止空氣對(duì)焊接材料造成污染。常用的氣體有氦氣、氮?dú)?、氧氣、氬氣等。不同的焊接任?wù)需要不同的氣體類型和流量,以保證最佳的焊接效果。
五、激光焊接機(jī)的操作方法
激光焊接機(jī)的操作方法比傳統(tǒng)焊接技術(shù)要更加復(fù)雜。在開始進(jìn)行激光焊接前,需要進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理工作,如準(zhǔn)確定位、表面處理等。此外,激光焊接過程中需要持續(xù)控制光束焦點(diǎn)和功率,嚴(yán)格控制氣體的流量和壓力,及時(shí)清理焊接頭部和熔池雜質(zhì)。通常情況下,激光焊接的焊接觸發(fā)方式有強(qiáng)制觸發(fā)和自動(dòng)跟蹤觸發(fā)方式。