半导体激光器在焊接汽车塑料零件中的应用

1 引言 自20世纪80年代中期,CO2激光器和YAG激光器就已应用于汽车零件的焊接、打孔、切割和表面改性等加工.近年来,虽然市场上出售的半导体激光器的性价比都比较高,但由于聚焦性能等问题则很难用于金属零件的加工.与金属相比,塑料的融点低且容易控制激光的吸收率,因此可采用低输出功率、低聚焦性能的激光进行焊接.本文介绍了半导体激光器在塑料焊接中的应用和日本丰田汽车公司现已实用化的激光焊接技术.     

不锈钢带的脉冲Nd：YAG激光焊接

在材料加工领域，激光焊接正得到广泛的关注，并已成为替代其它焊接的主要手段之一。由于激光束具有加热面积小，能量密度高，瞬时可使光照区达到熔化温度，因而焊点（缝）结合强度高，热影响区小，对母材性能影响小。CO。激光和固体Nd：xHG激光是目前工业中应用较多的两种激光器。COZ激光易于实现高功率，而固体Nd：YAG激光易为加工材料所吸收，并可用光纤传输，从而实现自动化加工，所以近年来发展比较快。本文采用我单位研制的Nd：YAG激光加工机，研究了不锈钢带（厚O．3～lmm）激光焊接中，工艺参数对焊接质量的影响。通过焊缝成…     

苏州天弘激光设备有限公司

苏州天弘激光设备有限公司成立于2001年,是一家专业开发光、机、电一体化高新技术设备的科技型企业。公司主要致力于工业激光加工设备的研发、制造与销售．公司的激光产品涉及：激光打标机、激光切割机、激光焊接机以及激光雕刻机等4大系列20多种机型。其中主要有：灯泵浦YAG高速激光打标机,半导体泵浦YAG高速激光打标机,光纤激光打标机,喷码（飞行）激光打标机,三维水晶内雕机,CO2高速激光内雕机,YAG激光焊接（切割）机,YAG激光划片机,CO2激光切割机等。     

YAG激光和CO2激光相变硬化机理研究

研究YAG激光和CO2激光对金属热作用机理,建立了这两种激光对金属材料热作用的物理模型,并就所建立的物理模型进行了深入的理论和实验研究,验证了所建立的物理模型的正确性.     

激光深熔焊接阈值表征及特性

采用CO2和Nd∶YAG激光器焊接A3钢,结合高速摄像和光谱分析,研究激光深熔焊接阈值的表征及特性。结果表明,以激光功率与光斑直径之比作为深熔焊接阈值的表征参量,深熔焊接阈值与光斑大小无关;而临界功率密度随光斑尺寸不同而变化。YAG激光焊接模式转变阈值明显大于材料蒸发的阈值,在模式转变前的热导焊接阶段,金属材料已出现显著蒸发,而焊接模式转变后,蒸气羽辉的光谱保持不变。CO2激光焊接模式转变前,金属仅发生微弱的蒸发。深熔焊接时,蒸发显著加强,且蒸气部分电离。分析表明,CO2激光焊接时,蒸气电离形成等离子体,增加金属对激光的吸收,促进深熔焊接过程的建立。     

光纤激光及CO_2激光焊接高强钢

为了比较光纤激光及CO2激光焊接特性,采用2 kW光纤激光器及2.4 kW CO2激光器对590 MPa高强钢板进行焊接试验,通过改变离焦量及焊接速度等焊接参数,研究了两种焊接方法的熔深变化情况。结果表明,当焊接速度和输出功率相同时,光纤激光与CO2激光焊接相比可获得更大的熔深;在负离焦条件下,离焦量在焦深以内时可使熔深增大;功率一定时,熔深随着焊接速度的增加而减小,但是CO2激光焊接的熔深减小比率大于光纤激光焊接。     

Nd:YAG激光熔覆快速制造技术研究

报道了Nd:YAG全固态激光器同轴送粉激光熔覆快速制造金属零件的工艺与机制。主要研究了不同工艺条件下，激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉量大小)对激光熔覆层宽度、高度、表面平整度和成型质量的影响规律。在此基础上，对成型薄壁墙的水平方向倾斜角度在不同功率下做了极限实验并分析了其中原因，找出了最佳的成型参数。最后，将Nd:YAG激光熔覆快速制造所制备零件的质量与CO2激光熔覆所制备的进行了对比，结果表明，采用Nd:YAG激光器制备的金属试样结合强度更高，同时，两者都高于相近成分下常规加工方式所加工试样的相应值，且均表现为韧性断裂。     

飞秒激光加工

1　前言随着新激光装置的开发 ,激光加工技术也取得了巨大进展。 6 0～ 70年代是 YAG激光器与 CO2 激光器的时代 ,主流是金属加工。进入 80年代后 ,准分子激光器登场 ,发展为利用它的短波长对聚合物、瓷器等非金属材料进行精密加工。进入 90年代后 ,飞秒钛蓝宝石激光器进入了加工领域。其背景是时代对各种材料要求更精密的加工技术以及随着激光技术的进步 ,可以容易地得到飞秒领域的超短脉冲激光。的确 ,准分子激光器与以往的 YAG激光器及 CO2 激光器相比 ,可以用于更精密的加工 ,但不适合金属材料的加工。而 YAG激光器与 CO2 激光器…     

激光技术讲座：第六章 激光民用技术（续）

6 .3　激光加工　　激光加工是激光应用的重要领域 ,各种激光加工设备已商品化 ,激光加工业已经形成。激光加工大致可分为三个方面 :常规工业加工、微加工和快速成型加工。6 .3.1　激光常规工业加工常规工业加工主要是指激光对金属、塑料等各种材料的切割、焊接、打孔、打标、弯曲成形、表面处理等加工过程。使用的激光器包括 :CO2 激光器、YAG激光器、半导体激光器、光纤激光器等。激光材料加工的基本原理是 :用聚焦的激光束去蒸发、熔化待加工的材料 ,或者在化学上改变材料的性质等。激光加工工艺过程是复杂的 ,不同的加工任务 ,对激光…     

脉冲CO2激光与Er:YAG激光颅骨组织消融的比较

评估脉冲CO2激光和Er:YAG激光用于颅骨组织消融的可行性与有效性.以健康新西兰兔为实验动物,常规手术暴露颅盖骨组织,并置于由计算机自动控制的一维电动平移台上,调节工作距离和扫描速率,分别用两种激光进行非接触式垂直扫描照射,获得长约3 cm的消融凹槽.以电钻为对照组,肉跟和显微镜观察切削凹槽形貌和形态学改变;常规病理切片并摄取图像,测量切削凹槽截面几何尺寸和不同部位热损伤厚度,分析比较两种波长激光的消融率和消融效率.结果表明,两种激光都可以用于骨头的切削,并产生类似电钻的切削效果.脉冲CO2激光的消融率高于Er:YAG激光,但热损伤严重;Er:YAG激光可以获得更高的消融效率和更小的热损伤,其切削效果优于脉冲CO2激光.此外,血液对光的吸收会影响消融效率和热损伤,临床应用中必须尽量减少出血量.     

8 mm厚不锈钢板的Nd∶YAG激光焊接

探讨了采用高功率Nd∶YAG连续激光器焊接 8mm厚不锈钢板的工艺方法及工艺参数。实验结果表明 ,用氮气作为保护气体 ,在激光功率 40 0 0W ,焊接速度 0 5m/min ,焦点位置在工件表面下 2mm处时 ,即使两块厚不锈钢板之间有 0 3mm间隙 ,且存在 0 8mm的高度差 ,仍可获得满意的焊接效果。焊缝的硬度是母材硬度的 2倍。     

用于CATV的DFB激光器同轴封装激光焊接技术研究

激光焊接技术广泛应用于光电子封装领域,它能形成很强的结合力,显示出无可比拟的优越性.但激光脉冲形状设置仍存在一定缺陷.研究了用于CATV的DFB激光器同轴封装激光焊接技术,利用Nd:YAG激光焊接系统,在两种不同的激光脉冲形式下,对DFB激光器和光纤进行焊接,分析了焊点宽度、深度与激光脉冲的关系.通过推力实验,测得DFB激光器输出先功率的变化大小,验证焊点质量,得出实际生产中脉宽为5 ms和2 ms、电压为310 V和360 V的激光脉冲,从而提高了焊接质量和工艺水平.     

激光与脉冲MIG复合焊接试验研究

本文研究了YAG激光-脉冲MIG电弧复合焊接铝合金的新工艺,设计制造了复合焊接几头,探讨了各种规范参数对焊缝成型的影响规律及激光与电弧的复合作用。结果表明,在比较宽的参数范围内YAG激光-脉冲MIG复合焊接铝合金焊缝成型美观,无气孔等缺陷,熔深与激光单独焊比增加4倍,与脉冲MIG焊接比增加1倍以上,焊速显著提高,是一种理想的焊接工艺。     

高强铝合金激光焊接新进展

本文结合作者多年的研究工作,论述了高强铝合金激光焊接的特点和难点,介绍了采用填充焊丝和填充粉末的高强铝合金的激光焊接技术,对比了CO_2和YAG激光焊接高强铝合金的工艺,讨论了双光束激光焊接和“激光+电弧”的复合焊接工艺,最后介绍作者发明的采用辅助电流的高强铝合金激光焊接技术。     

不同波长激光-MAG电弧复合焊接焊缝成形与熔滴过渡特征研究

以5.0 mm厚高强钢板为实验材料, 采用高速摄像拍摄及汉诺威分析仪, 对比研究了CO2激光-MAG电弧旁轴复合焊接与Nd∶YAG-MAG激光电弧旁轴复合焊接在不同的激光功率下的焊缝形貌、熔滴过渡形态、工艺稳定性及电信号差异。结果表明, 在焊接电流I＝180 A, 电流电压U＝26 V, 焊接速度v＝1.2 m/min时改变激光功率发现, 相同激光功率比较Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊的焊缝面积与热影响区面积明显更大且表面飞溅较少; Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊熔滴过渡频率更高, 过渡形式基本为射滴过渡; 采集的电信号也显示Nd∶YAG-MAG激光电弧复合焊更加稳定。     

Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接规范参数对焊缝表面成形的影响

利用余高-熔宽比表示焊缝表面铺展性并与焊缝余高一起作为参数来评价激光+电弧复合热源焊缝的表面成形,通过试验研究了Nd:YAG激光+脉冲MAG电弧复合热源焊接过程中焊接规范参数对复合热源焊缝表面成形的影响,并分析了激光对复合热源焊缝表面成形的影响。研究结果表明,在电弧功率变化过程中,激光对复合热源焊缝表面成形影响较小,但随着激光功率的增大,其对焊缝表面成形的影响也逐渐增大。焊接速度变化过程中,激光束能量的加入不仅改善焊缝表面成形还极大地提高了焊接速度,而在光丝间距和离焦量变化过程中,激光束对复合热源焊缝表面成形的影响很小。     

激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯试验研究

采用YAG激光透射焊接聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)板材,对其工艺、焊接区形貌和拉伸性能进行了研究。结果表明:在未添加吸光剂条件下,激光功率高于200W时,透明和黑色PMMA板激光透射焊接性能良好,上层透明PMMA材料的激光入射面无烧蚀损伤,拉伸试验中透明PMMA板断开,焊接区无开裂,最大载荷为2110N。激光功率低于200W时,单道焊接条件下焊接区被拉开,最大载荷1170N。透明PMMA板和其他颜色PMMA板在焊接时,需要添加吸光剂。采用黑色热塑性丙烯酸树脂为吸光剂的条件下,焊接效果较好。     

激光焊接工艺参数对NiTi形状记忆合金焊缝成形的影响

采用Nd∶YAG连续激光器对2mm厚NiTi形状记忆合金(SMA)进行激光焊接。研究了激光焊接过程中激光功率、焊接速度、离焦量、侧吹保护气流量等主要工艺参数对焊缝成形的影响。结果表明,激光功率、焊接速度、离焦量等工艺参数的合理匹配是实现NiTi合金良好焊缝成形的关键因素。线能量为59～75.6J/mm时能获得最佳焊缝成形;离焦量在-2～3mm时均能使厚度2mmNiTi合金试件焊透,其中离焦量在0～1mm可以得到最佳焊缝成形;当侧吹气流量为15～20L/min时,气体保护效果和焊缝成形最好。通过大量工艺实验得到2mm厚NiTi合金焊接速度与激光功率的不同匹配对焊缝成形影响的曲线,为NiTi合金焊接加工及工程应用提供参考。     

基于人工神经网络模型的钛合金YAG激光焊接工艺参数优化

建立了基于人工神经网络(ANN)的钛合金YAG激光焊接工艺参数优化模型.以大功率YAG激光焊接工艺及结果对模型进行学习训练,结果表明所建ANN模型具有较好的自学习和预测能力.ANN模型可以根据工艺参数准确地预测焊缝形状;或根据焊缝形状要求,选择激光焊接工艺参数.