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影响激光焊接质量的因素有哪些?进来看看你就知道了

2020-11-12 09:49:08

影响激光焊接质量的因素很多。其中一些非常不稳定。如何在高速连续激光焊接过程中正确设置和控制这些参数,将它们控制在合适的范围内,从而保证焊接质量。激光切割加工厂家认为焊缝成形的可靠性和稳定性是关系到激光焊接技术实用化和产业化的重要问题。影响激光焊接质量的主要因素有焊接设备、工件条件和工艺参数。

1)光束模式、输出功率及其稳定性是对焊接设备激光质量重要的要求。光束模态是光束质量的主要指标。光束模阶数越低,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,焊缝深度和宽度越大。一般要求基本模式(TEM00)或低阶模式,否则难以满足高质量激光焊接的要求。目前,国产激光器在光束质量和功率输出稳定性方面难以应用于激光焊接。从国外的情况来看,激光器的光束质量和输出功率稳定性都相当高,不会成为激光焊接的问题。在光学系统中,聚焦透镜是影响焊接质量的重要因素。焦距通常在127mm(5英寸)到200mm(7.9英寸)之间。较小的焦距有利于减小聚焦束腰斑直径,但过小的焦距易造成焊接污染和飞溅。

对于YAG激光器,银的反射率为96%,铝的反射率为92%,铜的反射率为90%,铁的反射率为60%。温度越高,吸收率越高,呈线性关系。

2)工件条件

激光焊接要求对工件的边缘进行加工,装配精度高,焊点与焊缝严格对中,且在焊接过程中不会因焊接热变形而改变工件的原有装配精度和焊点对中。这是因为激光光斑小,焊缝窄。一般不添加钎料。如果装配不紧,间隙过大,横梁可以穿过间隙,不能熔化母材,或造成明显的咬边和凹陷。如果点到缝处偏差稍大,可能造成融合不完全或未透入。因此,一般板对接装配间隙与点对接接头偏差不应大于0.1 mm,不对中不应大于0.2 mm。在实际生产中,激光焊接技术不能满足这些要求。为获得良好的焊接效果,对接间隙和搭接间隙的允许量应控制在薄板厚度的10%以内。

成功的激光焊接要求焊接的基体之间紧密接触。这需要小心地拧紧部件以获得效果。该模块尤其难以安装在薄电池模块的情况下,特别是在一个薄耳朵的情况下。

3)焊接参数

(1)激光光斑功率密度对焊接方式和焊缝成形稳定性的影响是焊接参数中重要的。激光光斑功率密度对焊接方式及焊缝成形稳定性的影响依次为:稳定导热焊接、模式不稳定焊接和稳定深熔焊接。当聚焦透镜的光束模式和焦距固定时,激光光斑的功率密度主要取决于激光功率和光束焦点的位置。激光功率密度与激光功率成正比。当光束聚焦在工件表面以下的一定位置(1~2mm,根据板材厚度和参数)时,可获得焊缝。当偏离聚焦位置时,工件表面的光斑会变大,功率密度会降低。如果达到一定的范围,焊接工艺就会发生变化。

焊接速度对焊接工艺形式和稳定器的影响不如激光功率和聚焦位置对焊接工艺形式的影响显著。只有当焊接速度过高时,由于热输入很小,无法维持稳定的深熔焊接过程。在实际焊接时,应根据焊接件的熔透要求选用稳定的深熔焊或稳定的热传导焊,应避免不稳定模式焊接。

(2)在深熔焊接范围内,焊接参数对熔深的影响:在深熔焊接稳定范围内,激光功率越高,熔深越大,约为0.7的幂次关系;焊接速度越高,熔透深度越浅。在一定的激光功率和焊接速度下,当焦点处于位置时,熔深大。当焦点偏离该位置时,熔透减小,甚至成为不稳定模式焊接或稳定热传导焊接。

(3)保护气体的主要作用是在焊接过程中保护工件不被氧化;保护聚焦透镜不受金属蒸气污染和液滴溅射的影响;驱散高功率激光焊接产生的等离子体;冷却工件,减少热影响区。

保护气体通常为氩气或氦气,如果表观质量要求不高,也可采用氮气。在相同条件下,氦产生等离子体的倾向比氩小,因此可以获得更大的穿透。在一定范围内,随着保护气体流量的增大,等离子体抑制趋势增大,因此穿透量增大,但增大到一定范围后趋于稳定。

(4)各参数监测分析:在四种焊接参数中,焊接速度和保护气体流量容易监测并保持稳定参数,而激光功率和焦点位置是焊接过程中可能波动且难以监测的参数。虽然激光器输出的激光功率稳定且易于监控,但由于失去了光导和聚焦系统,到达工件的激光功率会发生变化。这种损耗与光学工件的质量、使用时间和表面污染有关,不易监测,成为影响焊接质量的不确定因素。电子束聚焦位置是影响焊接参数监测和控制的关键因素之一。目前需要通过人工调整和重复工艺试验来确定合适的焦点位置,以获得理想的透入。但是,在焊接过程中,由于工件的变形、热透镜效应或多维空间曲线的焊接,焦点位置会发生变化,有可能超出允许范围。

对于上述两种情况,一方面应使用高质量、高稳定性的光学元件,并应经常保养,防止污染,保持清洁;另一方面,应开发激光焊接过程的实时监控和控制方法来优化参数和监控的激光功率和焦点位置的工件可以改变,可以实现闭环控制,激光焊接质量的可靠性和稳定性得到改善。

值得注意的是,激光焊接是一个熔化过程。这意味着两种基片在激光焊接过程中都会熔化。这个过程非常快,所以整体的热输入是低的。但由于它是一个熔化过程,在焊接不同材料时,有可能形成脆性高阻金属间化合物。铝和铜的结合尤其容易形成金属间化合物。这些化合物已被证明对微电子设备接头的短期电性和长期机械性能有负面影响。这些金属间化合物对锂电池长期性能的影响是不确定的。

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