什么是激光摆动焊接技术？为什么说它是现代制造业的革新力量
什么是激光摆动焊接技术？为什么说它是现代制造业的革新力量
在现代制造业中，焊接技术的精度和效率直接关系到产品的质量和生产成本。传统焊接方法在面对复杂结构和高精度要求时，往往显得力不从心。激光焊接技术的出现，为制造业带来了新的希望，但其在焊接异种材料和复杂形状零部件时，仍存在孔隙、裂纹等缺陷。为了解决这些问题，激光摆动焊接技术应运而生，成为现代制造业中的一项重要革新。
什么是激光摆动焊接？
激光摆动焊接，又称激光扫描焊接，是一种通过控制系统对激光束的摆动模式、频率和幅度进行精确调控的先进焊接技术。该技术的主要装置包括激光器、激光头（准直单元、聚焦单元、振荡单元和控制单元）以及冷水机等。其工作原理是：激光束通过准直单元后，入射到两个装有反射镜的光束偏转器上，由振镜电机控制，沿X、Y轴使光束偏转器转动，从而实现光束任意方向的偏转。经过聚焦单元后，激光束可以精确地发射到工件表面的各个部位，通过控制单元对振镜电机的控制，实现规律性偏转，达成在工件表面沿周期性扫描轨迹进行激光焊接的目的。
激光摆动焊接的优势
- 提高焊接间隙的容忍度
传统激光焊接时，激光束能量高度集中，形成的熔池相对较窄，对间隙要求严苛，通常间隙控制在板厚的10%以下。而激光摆动焊接的最大间隙远超传统，无填充焊料时约为工件厚度的25%，有填充时可达315%。这在汽车制造中焊接不同厚度板材拼接的车身部件，或电子设备生产中连接多层电路板时，具有显著优势，大大提高了装配的灵活性和生产效率。
- 优化焊缝宽度与熔深
激光摆动焊接利用振荡激光束扩大熔池表面，从而增加焊缝宽度，降低熔深。熔池中的振荡会产生湍流，增强对流并改善传热。实验数据表明，特定材料焊接时，孔隙率可从传统的10%降至1.5%。这种优化不仅提高了焊接质量，还减少了焊接缺陷，提升了产品的整体性能。
- 有效控制焊接缺陷
裂纹控制：激光束振荡重新分配了熔池热量，降低温度梯度与热应力集中程度，减少裂纹萌生几率，延长焊接结构的疲劳寿命。同时，振荡促使热影响区晶粒细化与均匀生长，形成更多的等轴晶，增强焊缝抗裂纹能力，阻碍裂纹扩展，降低裂纹敏感性。
气孔控制：激光摆动焊接中，激光束振荡引发熔池强烈湍流与对流，改变了熔池内液体流动特性，为气体逸出提供有效通道，加速气泡上浮与逸出，降低孔隙率。均匀的能量分布确保材料稳定熔化与凝固，减少因能量不均致局部飞溅、气体卷入形成孔隙的风险，提升焊缝致密性与质量稳定性，尤其在铝合金、钛合金等对孔隙敏感材料焊接中成效显著。
关键焊接参数
- 激光功率
激光功率决定工件的热输入，与熔深、焊缝宽呈正相关。对1050铝合金板焊接实验显示，功率从200W升至800W时，熔深和焊缝宽均增大。因此，合理选择激光功率是确保焊接质量的关键因素之一。
- 焊接速度
焊接速度影响熔池的凝固与冶金特性。焊接速度的增加会导致晶粒尺寸的减小，主要是由于激光摆动焊接过程中熔池内湍流增强，增加的湍流会导致熔池中存在的未熔融晶粒破碎，导致晶粒尺寸减小。适当的焊接速度可以优化焊缝的微观结构，提高焊接质量。
- 摆动频率
摆动频率是激光摆动焊接中的关键参数，影响熔池行为与焊缝质量。
减小热裂敏感性：增加摆动频率可促进等轴晶的生长，从而阻止裂纹萌生。
降低飞溅程度：高频振荡引起的强烈搅拌效应，促进熔化材料的均匀流动，防止飞溅形成。
匙孔变得更宽、更浅：降低匙孔坍塌的可能性，并防止气孔在焊缝中形成。因此，优化摆动频率可以显著提高焊接质量和稳定性。
- 摆动幅度
摆动幅度影响熔池形状与焊缝结晶。不同的摆动模式可以实现不同的焊接效果，选择合适的摆动幅度和模式，可以进一步优化焊缝的几何形状和微观结构，提高焊接质量。
应用案例
- 电池制造
在电池制造中，激光摆动焊接技术可以有效改善焊缝裂纹和气孔缺陷，确保电池的安全性和性能。例如，电池铜元器件的焊接，通过激光摆动焊接可以实现无气孔、裂纹的高质量焊接，提高电池的可靠性和寿命。
- 热换热器制造
热换热器的制造要求焊缝具有良好的密封性和高强度。激光摆动焊接技术在换热器外部和截面的焊接中表现出色，不仅改善了焊缝外观和质量，还确保了内部结构的完整性和密封性。此外，管角接头的焊接也通过激光摆动焊接技术实现了高质量连接，提高了换热器的整体性能。
- 异种材料焊接
激光摆动焊接技术在异种材料焊接中也展现了显著优势。例如，不锈钢与铜的焊接，传统焊接方法往往难以实现高质量的连接，而激光摆动焊接可以有效解决这一问题，实现异种材料的高质量焊接，满足不同应用场景的需求。
激光摆动焊接技术通过精确调控激光束的摆动模式、频率和幅度，显著提高了焊接质量和效率。其在现代激光加工制造业的应用，特别是在航空航天、汽车制造、电池制造和热换热器制造等高端领域，展示了巨大的潜力和价值。通过优化焊接参数，可以进一步提升焊接质量，满足不同应用场景的高精度和高效率要求，为现代制造业的发展提供了强大的技术支持。
本文原文来自europtics.com.cn