連續式雷射銲接與脈衝式雷射銲接技術分析 - 正鉑雷射
連續式雷射銲接與脈衝式雷射銲接技術分析
高效、精密,您的雷射銲接最佳選擇
前言
雷射銲接作為一種高效、精密且非接觸式的加工技術,在現代工業中扮演著舉足輕重的角色。依據雷射能量輸出方式的不同,雷射銲接可大致分為連續式雷射銲接(Continuous Wave Laser Welding, CW)與脈衝式雷射銲接(Pulsed Laser Welding, PLW)。這兩種方式在銲接特性、適用材料、應用場景及最終銲縫品質上存在顯著差異。本文將深入分析兩者的原理、優缺點及應用,並提供專業的比較與見解。
1. 雷射銲接基本原理
雷射銲接是利用高能量密度的雷射光束作為熱源,對工件進行局部加熱,使其熔化並形成熔池,待熔池冷卻凝固後形成銲縫。其核心優勢在於能量集中、熱輸入小、銲接速度快、熱影響區(HAZ)小,且能銲接多種難以用傳統方式銲接的材料。
2. 連續式雷射銲接 (Continuous Wave Laser Welding, CW)
2.1 原理與特性
連續式雷射銲接是指雷射器以持續、穩定的功率輸出雷射光束。在銲接過程中,雷射能量持續作用於工件表面,形成穩定的熔池。這種銲接方式的能量密度通常較高,可以實現深穿透銲接。
- 穩定熱輸入: 由於能量輸出穩定,銲接過程中的熱輸入也相對均勻,有利於形成較深且寬的銲縫。
- 高效率與高速: 能夠以較高的速度進行連續銲接,特別適用於長銲縫或大批量生產。
- 深穿透能力: 高功率的連續雷射能夠在較厚的板材上實現深穿透銲接,形成鍵孔效應(Keyhole Welding)。
- 熔深控制: 相較於脈衝式,連續式的熔深通常更容易控制,且銲縫均勻性好。
2.2 優點
- 銲接速度快,生產效率高。
- 銲縫成形美觀,表面光滑均勻。
- 適用於較厚工件的深熔銲接。
- 適用於自動化生產線,易於集成。
- 減少熱影響區,但相對於脈衝式仍略大。
2.3 缺點
- 對材料的熱敏感性要求較高,易產生熱裂紋和變形。
- 不適用於非常薄的材料,可能導致燒穿。
- 對設備的散熱要求較高。
- 初期設備投資成本相對較高。
2.4 典型應用
汽車車身及零部件、航空航天結構件、管道銲接、大型結構件、電池模組連接(如電動車鋰電池組裝)等,要求高生產效率和深熔銲接的場合。
3. 脈衝式雷射銲接 (Pulsed Laser Welding, PLW)
3.1 原理與特性
脈衝式雷射銲接是指雷射器以間歇性的高能量脈衝形式輸出雷射光束。每個脈衝在短時間內釋放大量能量,對工件進行瞬間加熱,形成一個小的熔點,然後冷卻凝固。通過多個脈衝的疊加,最終形成連續的銲縫。
- 瞬時高能量: 每個脈衝的峰值功率極高,但在極短時間內作用,使得瞬時加熱速度非常快。
- 精確熱輸入控制: 通過調整脈衝能量、脈衝寬度、脈衝頻率和光斑大小,可以對銲接過程中的熱輸入進行極其精細的控制。
- 低熱影響區: 由於能量是間歇性輸入,熱量積累較少,使得熱影響區和變形量非常小。
- 銲接間隙容忍度: 相對於連續式,脈衝式在處理有一定間隙的工件時表現更好,因為每個脈衝可以更好地橋接間隙。
3.2 優點
- 熱輸入極低,熱影響區最小,變形小。
- 適用於精密零件、熱敏感材料以及薄板銲接。
- 可銲接間隙較大的工件。
- 對銲點的精確控制能力強,可實現點銲、密點銲。
- 能夠處理不同厚度或不同熔點的材料。
3.3 缺點
- 銲接速度相對較慢,生產效率不如連續式。
- 銲縫表面可能不如連續式光滑,可能出現魚鱗紋或疊銲痕跡。
- 對於長銲縫,可能需要更高的脈衝頻率和更精確的搭接控制。
- 不適用於要求極高熔深的大厚度材料。
3.4 典型應用
電子元件、醫療器械(如植入式設備)、珠寶首飾、精密儀器、密封銲接(如電池密封、傳感器密封)、微銲接等,要求極高精度、低熱輸入和最小變形的場合。
4. 連續式與脈衝式雷射銲接的比較
下表總結了兩種雷射銲接方式的主要差異:
連續式與脈衝式雷射銲接主要差異比較表特徵 | 連續式雷射銲接 (CW) | 脈衝式雷射銲接 (PLW) |
---|
能量輸出 | 連續穩定 | 間歇性脈衝 |
熱輸入 | 相對較高且穩定 | 瞬時高,總熱輸入低 |
銲接速度 | 快 | 相對較慢 |
熔深 | 可實現深熔銲接 | 較淺,適合點銲或疊銲 |
熱影響區 (HAZ) | 較小,但略大於脈衝式 | 極小,變形最小 |
銲縫外觀 | 通常更光滑、均勻 | 可能出現魚鱗紋或搭接痕跡 |
適用材料厚度 | 中厚板(>0.5mm) | 薄板、超薄板(<1mm) |
適用間隙 | 要求較小間隙 | 對間隙容忍度較高 |
典型應用 | 汽車、航空、管道、電池模組 | 電子、醫療、精密儀器、珠寶 |
控制複雜度 | 相對簡單 | 參數(脈衝能量、寬度、頻率)控制複雜 |
結論
連續式雷射銲接與脈衝式雷射銲接各有其獨特的優勢和適用場景。選擇哪種銲接方式,應根據具體的應用需求、材料特性、銲接精度、生產效率以及成本預算等多方面因素綜合考量。
對於追求高效率、深熔穿透和良好銲縫均勻性的應用,連續式雷射銲接是更優的選擇;而對於要求極低熱輸入、最小變形、高精度點銲或對熱敏感材料的銲接,脈衝式雷射銲接則表現出無可替代的優勢。隨著雷射技術的持續發展,兩種模式的融合與互補,以及更智能化的控制系統,將進一步拓展雷射銲接的應用範圍和提升其性能。