激光焊錫工藝參數(shù)解析2018-04-10
激光焊錫因具有高能量密度、深穿透、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而受到航空航天、機(jī)械、電子、汽車、造船和核能工程等領(lǐng)域的普遍重視。尤其在汽車生產(chǎn)中，無論是車身組裝還是汽車零部件的生產(chǎn)，激光焊錫都得到了廣泛的應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，歐美工業(yè)發(fā)達(dá)國家50% ～70%的汽車零部件都是用激光加工完成的，其中主要以激光焊錫和切割為主，激光焊錫在汽車生產(chǎn)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝。
影響激光焊錫質(zhì)量的工藝參數(shù)比較多，如功率密度、光束特性、離焦量、焊錫速度、激光脈沖波形和輔助吹氣等。
功率密度
功率密度是激光焊錫中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。
采用較高的功率密度，在幾秒或幾微秒時(shí)間內(nèi)，可迅速將金屬加熱至熔點(diǎn)，形成良好的熔融焊錫。激光光束的聚焦光斑直徑與激光器輸出光束的模式密切相關(guān)，模式越低，聚焦后的光點(diǎn)越小，焊縫越窄，熱影響區(qū)越小。Nd:YAG固體激光器的光束模式為TEM00。
激光脈沖波形
激光脈沖波形在激光焊錫中十分重要( 尤其是對薄片焊錫) 。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面時(shí)，金屬表面將會(huì)有60% ～90%的激光能量因反射而損失掉，且反射率隨表面溫度不同而改變。在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大，例如正弦波，適用于散熱快的工件，飛濺小但熔深淺;方波適用于散熱慢的工件，飛濺大但熔深大。通過快速漸升、漸降功率的調(diào)整 ，可使焊件避免激光功率開關(guān)瞬間突開、突閉造成的焊縫起始?xì)饪缀褪瘴不】恿鸭y缺陷。
離焦量
離焦量是指工件表面偏離焦平面的距離。離焦位置直接影響拼焊時(shí)的小孔效應(yīng)。離焦方式有兩種：正離焦和負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。當(dāng)正負(fù)離焦量相等時(shí)，所對應(yīng)平面的功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，激光加熱50～200μs時(shí)材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)部分汽化，形成高壓蒸氣，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)，高濃度氣體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、氣化，使光能向材料更深處傳遞。所以實(shí)際應(yīng)用中熔深較大時(shí)，應(yīng)采用負(fù)離焦，焊錫薄材料時(shí)宜采用正離焦。
焊錫速度
焊錫速度決定了焊錫表面質(zhì)量、熔深、熱影響區(qū)等。可以通過降低焊錫速度或增大焊錫電流來改善熔深。通常采用降低焊錫速度的方法來改善熔深，以延長設(shè)備使用壽命。
輔助吹氣
輔助吹氣在高功率激光焊錫中是必不可少的一道工序。一方面是為了防止金屬材料濺射而污染聚焦鏡(同軸保護(hù)氣)；另一方面是為了防止焊錫過程中產(chǎn)生的高溫等離子體過多集聚，阻擋激光到達(dá)材料表面(側(cè)吹氣) 。輔助氣體的種類和吹氣量大小對焊錫結(jié)果有較大影響，不同的吹氣方法也會(huì)對焊錫質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。國內(nèi)外在這方面的研究較多。
