雷射焊接基礎知識指南
當您有購買雷射焊接機的想法時，您應該了解雷射焊接機的基礎知識、原理、定義以及它是如何運作的？
雷射焊接基礎知識
雷射焊接是一種非接觸式工藝，需要從被焊接零件的一側進入焊接區域。
• 強雷射快速加熱材料時會形成焊接（通常以毫秒為單位計算）。
• 通常有 3 種類型的焊接：
– 傳導模式。
– 傳導/穿透模式。
– 穿透或鎖孔模式。
• 傳導模式焊接在低能量密度下進行，形成淺而寬的焊核。
• 傳導/穿透模式發生在中等能量密度下，並且表現出比傳導模式更強的穿透力。
• 滲透或小孔模式焊接的特點是深窄焊接。
– 在此模式下，雷射形成汽化材料的細絲（稱為「鎖孔」），該細絲延伸到材料中，並為雷射有效傳輸到材料中提供管道。
– 這種將能量直接傳遞到材料中的方式不依賴傳導來實現滲透，因此最大限度地減少了進入材料的熱量並減少了熱影響區。
傳導焊接
• 傳導連接描述了雷射光束聚焦的一系列製程：
– 功率密度約為 10³ Wmm⁻²
– 它熔合材料以形成接頭，而不會明顯汽化。
• 傳導焊接有兩種模式：
– 直接加熱
– 能量傳輸。
直接加熱
• 直接加熱期間，
– 熱流由表面熱源的經典熱傳導控制，焊接是透過熔化部分基材而形成的。
• 第一次傳導焊接是在 1 世紀 1960 年代初進行的，採用低功率脈衝紅寶石和 CO2 用於電線連接器的雷射。
• 傳導焊接可採用各種配置以線材和薄片形式對多種金屬和合金進行。
- CO2 、Nd:YAG 和二極體雷射器，功率等級約為數十瓦。
– 直接加熱 CO2 雷射光束也可用於聚合物板材的搭接焊和對接焊。
傳輸焊接
• 透射焊接是一種有效的接合聚合物的方法，可透射 Nd:YAG 和二極體雷射的近紅外線輻射。
• 透過新穎的界面吸收方法吸收能量。
• 如果基體和增強材料的熱性能相似，則可以連接複合材料。
• 傳導焊接的能量傳輸模式用於傳輸近紅外線輻射的材料，特別是聚合物。
• 在搭接接頭的界面處放置吸收墨水。墨水吸收雷射光束能量，雷射光束能量被傳導到周圍材料的有限厚度中，形成熔融界面膜，並凝固為焊接接頭。
• 可以在不熔化接頭外表面的情況下製作厚截面搭接接頭。
• 可以透過將能量以一定角度穿過接頭一側的材料朝向接頭線進行對接焊縫，如果材料具有高透射率，則可以從一端引導能量。
雷射焊接和釬焊
• 在雷射焊接和銅焊製程中，光束用於熔化添加的填料，從而潤濕接頭邊緣而不熔化基材。
• 雷射焊接在 1980 世紀 年代初期開始流行，用於透過印刷電路板上的孔連接電子元件的引線。製程參數由材料特性決定。
穿透雷射焊
• 在高功率密度下，如果能量可以被吸收，所有材料都會蒸發。因此，以這種方式焊接時，通常會透過蒸發形成孔。
• 然後，該「孔」穿過材料，並在其後面密封熔化的壁。
• 結果就是所謂的「小孔焊接」。
雷射焊接效率
• 定義這種效率概念的術語稱為「連接效率」。
• 連接效率不是真正的效率，因為它的單位是（連接的mm2 /供應的kJ）。
– 效率=Vt/P（切削比能量的倒數） 其中V=移動速度，mm/s； t=焊接厚度，mm； P = 入射功率，KW。
加盟效率
• 連接效率值越高，用於不必要加熱的能量就越少。
– 較低的熱影響區 (HAZ)。
– 更低的失真。
• 電阻焊在這方面是最有效的，因為熔化和HAZ 能量僅在待焊接的高電阻界面處產生。
• 雷射和電子束也具有良好的效率和高功率密度。
製程變化
• 電弧增強雷射焊接。
– 安裝在雷射光束相互作用點附近的 TIG 焊槍產生的電弧將自動鎖定在雷射產生的熱點上。
– 這種現象所需的溫度比周圍溫度高出 300°C 左右。
– 效果是穩定因其移動速度而不穩定的電弧，或降低穩定電弧的電阻。
– 鎖定僅發生在電流較小且因此陰極噴流較慢的電弧上；也就是說，電流小於 80A。
– 電弧與雷射位於工件的同一側，這使得焊接速度加倍，從而適度增加資本成本。
• 雙束雷射焊接
– 如果同時使用 2 束雷射，那麼就可以控制焊池的幾何形狀和焊道形狀。
– 使用 2 束電子束可以穩定小孔，從而減少焊接池上的波浪，並提供更好的穿透性和焊道形狀。
– 準分子和 CO2 雷射光束組合顯示出可以改善焊接高反射率材料（例如鋁或銅）的耦合。
– 增強耦合被認為主要是由於：
• 透過準分子引起的表面波紋改變反射率。
• 透過準分子產生的等離子體耦合所產生的次級效應。
