國內(nèi)激光傳感器焊接技術(shù)的介紹與發(fā)展
一、激光焊接
1、激光焊接原理——激光是輻射的受激發(fā)射光放大的簡稱,由于其獨(dú)有的高亮度、高方向性、高單色性、高相干性,自誕生以來,其在工業(yè)加工中的應(yīng)用十分廣泛,成為未來制造系統(tǒng)共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高輻射強(qiáng)度的激光束,激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后,其激光焦點(diǎn)的功率密度為104~107W/cm2,加工工件置于激光焦點(diǎn)附近進(jìn)行加熱熔化,熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強(qiáng)弱程度主要取決于激光作用材料表面的時(shí)間、功率密度和峰值功率。控制上述各參數(shù)就可利用激光進(jìn)行各種不同的焊接加工。
2、激光焊接的一般特點(diǎn)——激光焊接是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝,它與電子束等離子束和一般機(jī)械加工相比較,具有許多優(yōu)點(diǎn):(1)激光束的激光焦點(diǎn)光斑小,功率密度高,能焊接一些高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的合金材料;(2)激光焊接是無接觸加工,沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光束能量可調(diào),移動(dòng)速度可調(diào),可以多種焊接加工;(3)激光焊接自動(dòng)化程度高,可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制,焊接速度快,功效高,可方便的進(jìn)行任何復(fù)雜形狀的焊接;(4)激光焊接熱影響區(qū)小,材料變形小,無需后續(xù)工序處理;(5)激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件;(6)激光束易于導(dǎo)向、聚焦,實(shí)現(xiàn)各方向變換;(7)激光焊接與電子束加工相比較,不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng),操作方便;(8)激光焊接生產(chǎn)效率高,加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益好。
3、激光焊接在傳感器生產(chǎn)中的工藝特點(diǎn)——激光用來封焊傳感器金屬外殼是目前一種最先進(jìn)的加工工藝方法,主要基于激光焊接有以下特點(diǎn):(1)高的深寬比。焊縫深而窄,焊縫光亮美觀;(2)最小熱輸入。由于功率密度高,熔化過程極快,輸入工件熱量很低,焊接速度快,熱變形小,熱影響區(qū)??;(3)高致密性。焊縫生成過程中,熔池不斷攪拌,氣體易出,導(dǎo)致生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化,焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高;(4)強(qiáng)固焊縫。高溫?zé)嵩春蛯?duì)非金屬組份的充分吸收產(chǎn)生純化作用,降低了雜質(zhì)含量,改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布,焊接過程中無需電極或填充焊絲,熔化區(qū)受污染小,使焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬;(5)精確控制。因?yàn)榫劢构獍吆苄?,焊縫可以高精度定位,光束容易傳輸與控制,不需要經(jīng)常更換焊炬、噴咀,顯著減少停機(jī)輔助時(shí)間,生產(chǎn)效率高,光無慣性,還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動(dòng)技術(shù)則可焊復(fù)雜構(gòu)件;(6)非接觸、大氣環(huán)境焊接過程。因?yàn)槟芰縼碜约す猓ぜo物理接觸,因此沒有力施加于工件。另磁和空氣對(duì)激光都無影響;(7)由于平均熱輸入低,加工精度高,可減少再加工費(fèi)用,另外,激光焊接運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用較低,從而可降低工件成本;(8)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效控制。
二、激光焊接與現(xiàn)有焊接方法的比較
目前傳感器密封焊接采用的方法有:電阻焊、氬弧焊、電了束焊、等離子焊等。
1、電阻焊:它用來焊接薄金屬件,在兩個(gè)電極間夾緊被焊工件通過大的電流熔化電極接觸的表面,即通過工件電阻發(fā)熱來實(shí)施焊接。工件易變形,電阻焊通過接頭兩邊焊合,而激光焊只從單邊進(jìn)行,電阻焊所用電極需經(jīng)常維護(hù)以清除氧化物和從工件粘連著的金屬,激光焊接薄金屬搭接接頭時(shí)并不接觸工件,再者,光束還可進(jìn)入常規(guī)焊難以焊及的區(qū)域,焊接速度快。
國內(nèi)激光傳感器焊接技術(shù)的介紹與發(fā)展
2、氬弧焊:使用非消耗電極與保護(hù)氣體,常用來焊接薄工件,但焊接速度較慢,且熱輸入比激光焊大很多,易產(chǎn)生變形。
3、等離子弧焊:與氬弧類似,但其焊炬會(huì)產(chǎn)生壓縮電弧,以提高弧溫和能量密度,它比氬弧焊速度快、熔深大,但遜于激光焊。
4、電子束焊:它靠一束加速高能密度電子流撞擊工件,在工件表面很小密積內(nèi)產(chǎn)生巨大的熱,形成“小孔”效應(yīng),從而實(shí)施深熔焊接。電子束焊的主要缺點(diǎn)是需要高真空環(huán)境以防止電子散射,設(shè)備復(fù)雜,焊件尺寸和形狀受到真空室的限制,對(duì)韓件裝配質(zhì)量要求嚴(yán)格,非真空電子束焊也可實(shí)施,但由于電子散射而聚焦不好影響效果。電子束焊還有磁偏移和X射線問題,由于電子帶電,會(huì)受磁場偏轉(zhuǎn)影響,故要求電子束焊工件焊前去磁處理。X射線在高壓下特別強(qiáng),需對(duì)操作人員實(shí)施保護(hù)。激光焊則不需真空室和對(duì)工件焊前進(jìn)行去磁處理,它可在大氣中進(jìn)行,也沒有防X射線問題,所以可在生產(chǎn)線內(nèi)聯(lián)機(jī)操作,也可焊接磁性材料。
三、激光焊接在傳感器生產(chǎn)的應(yīng)用前景
激光焊接技術(shù)是一種高新技術(shù),由于其獨(dú)有的特點(diǎn),特別適合在傳感器密封焊中使用,目前國外許多生產(chǎn)傳感器的廠家均利用激光焊接工藝生產(chǎn)傳感器,而國內(nèi)采用此工藝的廠家不多,主要是一些生產(chǎn)軍用傳感器產(chǎn)品的廠家和部分科研機(jī)構(gòu)在采用此種工藝,且采用國外激光焊接機(jī)的較多。目前國內(nèi)激光焊接機(jī)在性能上已和國外產(chǎn)品相差不遠(yuǎn),完全可以勝任國內(nèi)生產(chǎn)傳感器的工藝要求,但價(jià)格是國外同類產(chǎn)品的1/3-1/5。為提高國內(nèi)傳感器整體水平以及發(fā)展民族激光產(chǎn)業(yè),我國的傳感器生產(chǎn)廠家應(yīng)盡快采用國產(chǎn)激光焊接機(jī)來生產(chǎn)加工傳感器,以增加產(chǎn)品競爭力,開拓國際市場。
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激光傳感器
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