Лазерная сварка — это высокоэффективный и точный метод сварки, использующий лазерный луч высокой плотности энергии в качестве источника тепла.
Ниже приведено краткое описание нескольких методов сварки:
- Сварка пластин
Включает четыре метода обработки:
Сварка встык;
Сварка торцов;
Сварка с центральным проплавлением;
Сварка сквозных отверстий по центру.
- Сварка проволокой
Включает четыре метода обработки:
Сварка проволокой встык;
Перекрестная сварка;
Параллельная сварка внахлест;
Т-образная сварка.
- Сварка проволоки и блочных компонентов
Лазерная сварка позволяет успешно соединять проволоку с сосредоточенными компонентами, которые могут быть любого размера. При сварке следует обращать внимание на геометрию проволочных компонентов.
- Сварка различных металлов
Сварка различных типов металлов требует учета диапазона параметров свариваемости и паяемости.
Лазерная сварка между различными материалами подходит только для определенных комбинаций материалов.
Лазерная пайка не подходит для соединения некоторых компонентов, но лазер может служить источником тепла как для мягкой, так и для твердой пайки, что также является преимуществом по сравнению с лазерной пайкой.
Существует множество способов применения пайки, среди которых лазерная пайка в основном используется для пайки печатных плат и особенно подходит для технологии сборки микросхем.
Факторы, влияющие на качество лазерной сварки
Лазерная сварка — это процесс, при котором высокоэнергетический лазерный луч облучает заготовку, вызывая быстрое повышение температуры, расплавление заготовки и последующее соединение для образования прочного шва.
Лазерная сварка обеспечивает превосходную прочность на сдвиг и разрыв.
На качество лазерной сварки влияет множество факторов. Некоторые из них крайне нестабильны и демонстрируют значительную нестабильность. Правильная настройка и контроль этих параметров в пределах допустимого диапазона для высокоскоростных непрерывных процессов лазерной сварки имеют решающее значение для обеспечения качества сварного шва. Надежность и стабильность образования сварного шва являются критически важными вопросами, связанными с практическим применением и индустриализацией технологии лазерной сварки.
Основные факторы, влияющие на качество лазерной сварки, можно разделить на три аспекта: сварочное оборудование, состояние заготовки и параметры процесса.
- Сварочное оборудование
Наиболее важными требованиями к качеству лазеров являются режим работы луча, выходная мощность и их стабильность.
Более низкий порядок формы луча обеспечивает лучшую фокусировку, меньший размер пятна, более высокую плотность мощности при той же мощности лазера, а также большую глубину и ширину сварного шва.
Как правило, требуется основной режим (TEM00) или режим низкого порядка; в противном случае трудно обеспечить высокое качество лазерной сварки.
В настоящее время китайские лазеры все еще сталкиваются с проблемами в отношении качества луча и стабильности выходной мощности для лазерной сварки.
На международном уровне качество лазерного луча и стабильность выходной мощности уже достаточно высоки и больше не являются проблемой для лазерной сварки.
Наибольшим фактором, влияющим на качество сварки в оптической системе, является фокусирующая линза. Обычно используется фокусное расстояние от 127 мм (5 дюймов) до 200 мм (7,9 дюймов). Меньшее фокусное расстояние помогает уменьшить диаметр фокусирующего пучка, но слишком малое фокусное расстояние делает его восприимчивым к загрязнению и повреждению брызгами во время сварки.
Более короткие длины волн приводят к большему поглощению.
Как правило, материалы с хорошей электропроводностью обладают более высокой отражательной способностью.
Отражательная способность YAG-лазеров составляет 96% для серебра, 92% для алюминия, 90% для меди и 60% для железа.
Чем выше температура, тем выше поглощение, демонстрируя линейную зависимость. Покрытие поверхности фосфатами, сажей или графитом, как правило, улучшает коэффициент поглощения.
- Состояние заготовки
Лазерная сварка требует высокой точности обработки и сборки заготовок, а также строгого выравнивания точек сварки и сварочных швов. Первоначальная точность сборки и выравнивание точек сварки не должны изменяться или искажаться под воздействием сварочного тепла в процессе сварки.
Это связано с тем, что лазерное пятно мало, сварочный шов узкий, и, как правило, присадочный металл не добавляется. Если зазор при сборке слишком велик, луч может пройти через него, не расплавляя основной материал, или может вызвать заметные незначительные удары или вмятины. Даже небольшое отклонение между точкой и швом может привести к неполному сплавлению или неполному проплавлению.
Поэтому зазор при сборке и отклонение точки и шва в стыковых соединениях пластин, как правило, не должны превышать 0,1 мм, а смещение не должно превышать 0,2 мм.
В реальном производстве иногда эти требования не могут быть выполнены, что делает технологию лазерной сварки непригодной.
Для достижения хороших результатов сварки допустимый зазор в стыковом соединении и зазор в нахлесте должны контролироваться в пределах 10% от толщины пластины. Успешная лазерная сварка требует тесного контакта между свариваемыми подложками. Это требует тщательной затяжки деталей для достижения оптимальных результатов.
- Параметры сварки
(1) Влияние на метод лазерной сварки и стабильность формирования сварного шва: Среди параметров сварки наиболее важным является плотность мощности лазерного пятна. Ее влияние на метод сварки и стабильность формирования сварного шва следующее:
Плотность мощности лазерного пятна, от наименьшей к наибольшей, составляет: сварка со стабильной теплопроводностью, сварка в нестабильном режиме и сварка со стабильным глубоким проплавлением.
Плотность мощности лазерного пятна при заданном режиме пучка и фокусном расстоянии фокусирующей линзы в основном определяется мощностью лазера и положением фокусной точки пучка.