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影響激光焊接質量的因素有哪些?進來看看你就知道了

2020-11-12 09:49:08

影響激光焊接質量的因素很多。其中一些非常不穩定。如何在高速連續激光焊接過程中正確設置和控制這些參數,將它們控制在合適的范圍內,從而保證焊接質量。激光切割加工廠家認為焊縫成形的可靠性和穩定性是關系到激光焊接技術實用化和產業化的重要問題。影響激光焊接質量的主要因素有焊接設備、工件條件和工藝參數。

1)光束模式、輸出功率及其穩定性是對焊接設備激光質量重要的要求。光束模態是光束質量的主要指標。光束模階數越低,光束聚焦性能越好。光斑越小,表明在相同激光功率下,功率密度越大,焊縫深度和寬度越大。一般要求基本模式(TEM00)或低階模式,否則難以滿足高質量激光焊接的要求。目前,國產激光器在光束質量和功率輸出穩定性方面難以應用于激光焊接。從國外的情況來看,激光器的光束質量和輸出功率穩定性都相當高,不會成為激光焊接的問題。在光學系統中,聚焦透鏡是影響焊接質量的重要因素。焦距通常在127mm(5英寸)到200mm(7.9英寸)之間。較小的焦距有利于減小聚焦束腰斑直徑,但過小的焦距易造成焊接污染和飛濺。

對于YAG激光器,銀的反射率為96%,鋁的反射率為92%,銅的反射率為90%,鐵的反射率為60%。溫度越高,吸收率越高,呈線性關系。

2)工件條件

激光焊接要求對工件的邊緣進行加工,裝配精度高,焊點與焊縫嚴格對中,且在焊接過程中不會因焊接熱變形而改變工件的原有裝配精度和焊點對中。這是因為激光光斑小,焊縫窄。一般不添加釬料。如果裝配不緊,間隙過大,橫梁可以穿過間隙,不能熔化母材,或造成明顯的咬邊和凹陷。如果點到縫處偏差稍大,可能造成融合不完全或未透入。因此,一般板對接裝配間隙與點對接接頭偏差不應大于0.1 mm,不對中不應大于0.2 mm。在實際生產中,激光焊接技術不能滿足這些要求。為獲得良好的焊接效果,對接間隙和搭接間隙的允許量應控制在薄板厚度的10%以內。

成功的激光焊接要求焊接的基體之間緊密接觸。這需要小心地擰緊部件以獲得效果。該模塊尤其難以安裝在薄電池模塊的情況下,特別是在一個薄耳朵的情況下。

3)焊接參數

(1)激光光斑功率密度對焊接方式和焊縫成形穩定性的影響是焊接參數中重要的。激光光斑功率密度對焊接方式及焊縫成形穩定性的影響依次為:穩定導熱焊接、模式不穩定焊接和穩定深熔焊接。當聚焦透鏡的光束模式和焦距固定時,激光光斑的功率密度主要取決于激光功率和光束焦點的位置。激光功率密度與激光功率成正比。當光束聚焦在工件表面以下的一定位置(1~2mm,根據板材厚度和參數)時,可獲得焊縫。當偏離聚焦位置時,工件表面的光斑會變大,功率密度會降低。如果達到一定的范圍,焊接工藝就會發生變化。

焊接速度對焊接工藝形式和穩定器的影響不如激光功率和聚焦位置對焊接工藝形式的影響顯著。只有當焊接速度過高時,由于熱輸入很小,無法維持穩定的深熔焊接過程。在實際焊接時,應根據焊接件的熔透要求選用穩定的深熔焊或穩定的熱傳導焊,應避免不穩定模式焊接。

(2)在深熔焊接范圍內,焊接參數對熔深的影響:在深熔焊接穩定范圍內,激光功率越高,熔深越大,約為0.7的冪次關系;焊接速度越高,熔透深度越淺。在一定的激光功率和焊接速度下,當焦點處于位置時,熔深大。當焦點偏離該位置時,熔透減小,甚至成為不穩定模式焊接或穩定熱傳導焊接。

(3)保護氣體的主要作用是在焊接過程中保護工件不被氧化;保護聚焦透鏡不受金屬蒸氣污染和液滴濺射的影響;驅散高功率激光焊接產生的等離子體;冷卻工件,減少熱影響區。

保護氣體通常為氬氣或氦氣,如果表觀質量要求不高,也可采用氮氣。在相同條件下,氦產生等離子體的傾向比氬小,因此可以獲得更大的穿透。在一定范圍內,隨著保護氣體流量的增大,等離子體抑制趨勢增大,因此穿透量增大,但增大到一定范圍后趨于穩定。

(4)各參數監測分析:在四種焊接參數中,焊接速度和保護氣體流量容易監測并保持穩定參數,而激光功率和焦點位置是焊接過程中可能波動且難以監測的參數。雖然激光器輸出的激光功率穩定且易于監控,但由于失去了光導和聚焦系統,到達工件的激光功率會發生變化。這種損耗與光學工件的質量、使用時間和表面污染有關,不易監測,成為影響焊接質量的不確定因素。電子束聚焦位置是影響焊接參數監測和控制的關鍵因素之一。目前需要通過人工調整和重復工藝試驗來確定合適的焦點位置,以獲得理想的透入。但是,在焊接過程中,由于工件的變形、熱透鏡效應或多維空間曲線的焊接,焦點位置會發生變化,有可能超出允許范圍。

對于上述兩種情況,一方面應使用高質量、高穩定性的光學元件,并應經常保養,防止污染,保持清潔;另一方面,應開發激光焊接過程的實時監控和控制方法來優化參數和監控的激光功率和焦點位置的工件可以改變,可以實現閉環控制,激光焊接質量的可靠性和穩定性得到改善。

值得注意的是,激光焊接是一個熔化過程。這意味著兩種基片在激光焊接過程中都會熔化。這個過程非???,所以整體的熱輸入是低的。但由于它是一個熔化過程,在焊接不同材料時,有可能形成脆性高阻金屬間化合物。鋁和銅的結合尤其容易形成金屬間化合物。這些化合物已被證明對微電子設備接頭的短期電性和長期機械性能有負面影響。這些金屬間化合物對鋰電池長期性能的影響是不確定的。

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