因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上,功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種:正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論,當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí),所對應(yīng)平面上功率密度近似相同,但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí),可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關(guān)。
根據(jù)汽車工業(yè)批量大、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展。在工藝方面美國Sandia國家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究,德國不萊梅應(yīng)用光束技術(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方面進(jìn)行了大量的研究,認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋,提高焊接速度,解決公差問題,開發(fā)的生產(chǎn)線已在工廠投入生產(chǎn)。
20世紀(jì)80年代后期,千瓦級(jí)激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè),成為汽車制造業(yè)的成就之一。歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側(cè)框等鈑金焊接,90年代美國竟相將激光焊接引入汽車制造,盡管起步較晚,但發(fā)展很快。
激光焊接機(jī)的自動(dòng)化程度高焊接工藝流程簡單。非接觸式的操作方法能夠達(dá)到潔凈、環(huán)保的要求。采用激光焊接機(jī)加工工件能夠提高工作效率,成品工件外觀美觀、焊縫小、焊接深度大、焊接質(zhì)量高。激光焊接機(jī)廣泛應(yīng)用于牙科義齒的加工,鍵盤焊接,矽鋼片焊接,傳感器焊接,電池密封蓋的焊接等等方面。但激光焊接機(jī)的成本較高,對工件裝配的精度要求也較高,在這些方面仍有局限性。
20世紀(jì)90年代,我國焊接界把實(shí)現(xiàn)焊接過程的機(jī)械化、自動(dòng)化作為戰(zhàn)略目標(biāo),已經(jīng)在職各行業(yè)的科技發(fā)展中付諸實(shí)施,在發(fā)展焊接生產(chǎn)自動(dòng)化,研究和開發(fā)焊接生產(chǎn)線及柔性制造技術(shù),發(fā)展應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造;藥芯焊絲由2%增長到20%;埋弧焊焊材也將在10%的水平上繼續(xù)增長。其中藥芯焊絲的增長幅度明顯加大,在未來20年內(nèi)會(huì)超過實(shí)芯焊絲,終將成為焊接中心的主導(dǎo)產(chǎn)品。
激光焊接主機(jī)主要產(chǎn)生用來焊接的激光束,由激光發(fā)生器,光路部分,電源,控制系統(tǒng)等主要部分組成,冷卻系統(tǒng)為激光發(fā)生器提供冷卻功能,一般配1-5匹功率的水循環(huán)冷水機(jī),(激光功率大小決定冷水機(jī)功率)。
激光焊接機(jī)分為手動(dòng)、半自動(dòng)以及自動(dòng)。手動(dòng)激光焊接機(jī)需要操作人員控制焊接過程,適合規(guī)模較小的企業(yè)加工制造;半自動(dòng)激光焊接機(jī)體積稍大,適合大中型企業(yè)生產(chǎn)制造;全自動(dòng)激光焊接機(jī)焊接時(shí)由電腦主導(dǎo),焊接,適合大規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)使用。
手持激光焊接機(jī)可用于鈑金、底盤、水箱及配電箱、廚柜、不銹鋼門窗護(hù)欄、五金制品、廣告招牌、工藝品、電池組件、鋼制家具、貨架等領(lǐng)域。在材料方面,激光焊接機(jī)可用于焊接相同材料的各種金屬板,如鋁板、鐵板、不銹鋼板和銅板。以及鋁銅、不銹鋼銅等多種材料混合焊接。它涵蓋的領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的焊接方法。
激光器是激光焊接設(shè)備中的重要部分,主要提供加工所需的光能。對激光器的要求穩(wěn)定、可靠,能長期正常運(yùn)行。對焊接而言,要求激光器橫模為低階?;蚧#敵龉β剩ㄟB續(xù)激光器)或輸出能量(脈沖激光器)能根據(jù)加工要求進(jìn)行精密調(diào)節(jié)。