激光焊也是熔化焊方法之一。它的熱能產生于工作物質受到外來光能激發而產生的一種單色性純、方向性強以及光亮度大的光束。光束通過透鏡和發射等光學原理將其高度聚焦后,投射到焊件的接縫上,即可熔化被焊件。
激光焊實際上是電、光能轉換機制產物,轉換效率非常低,效率大約只有0.1%~3%.大部分能量都是在能量轉換過程中轉變成“熱”,使整體激光發生器的體溫升高,所以需要一組大容量的冷卻系統,把副產物“熱”帶走。因此,一臺功率并不太大的激光焊機(<10kW)的體積卻是比較大的(10m3).激光發生器工作原理如圖4-24所示。
激光焊的工藝參數較難掌握,因為熱效率在焊接過程中有很大起伏變化,被焊金屬表面狀況對熱效率有很大影響。表面光亮度就有較大影響,表面越光亮,對激光的光線發射越大,大部分的激光能量被反射到其他物體上,并以“熱”的形式傳遞到周圍的物質上或介質中。但是熱效率會突然發生變化。金屬熔化前,大約只有10%~20%的光線能量被金屬吸收并加熱了金屬。當溫度升至焊縫金屬的熔點并開始熔化時,金屬對光線的吸收率猛增,這時大約60%~80%的光線能量被金屬吸收,熱效應的突然變化極易造成焊縫燒穿。為了避免或減少這種不良影響,可以采取一些相應的措施,如對被焊金屬表面粗化處理;采用脈沖激光束;調節輸入能量;調整光斑大小;改變脈沖寬度和衰減波陡度等。以一種含有氧化鋁并溶有低濃度鉻原子的紅寶石自然晶體作為發生激光發生器的工作物質,稱為固體激光發生器。以CO2等作為激光發生器的工作物質,則稱為氣體激光發生器。
目前,激光焊機的功率僅處于千瓦級水平,且價格昂貴,焊接成本高,應用范圍尚不廣泛,只用于某些儀器儀表生產制造中一些微小部件的焊點上,特別是某些焊點的位置比較隱蔽,用一般焊接方法無法施焊時。利用激光束再借助光導纖維和偏轉棱鏡可實現多工位焊接。
也有激光焊應用于較大型構件焊接的例子。核反應堆中核燃料的包殼盒是一種用稀有金屬制成的產品,即由金屬鋯或鋯合金制成,其中有一種包殼盒的尺寸為1.5mmx200mmx200mmx2000mm,即為一個薄壁長方體的殼體,它本身的技術含量很高:尺寸要求嚴格;表面光潔度高;各個面不能有任何不平和翹曲。用激光焊把兩個“口”形型材對接成正方形截面的筒體,即成包殼盒,如圖4-25所示。它利用了激光焊能量集中、焊縫窄、熱影響區窄等優點,保證了焊出的產品表面光潔,尺寸準確,四個平面規整、無翹曲。
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