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1、激光沉积焊接技术作者：MM现代塑料沉积焊接是与许多传统的模具修复方法不同的另一种重要的方法。它早已立足欧 洲，现在又开始为其他地区的模具工厂所接受。激光沉积焊接技术开始在模具修改和修复领域找到其用武之地。典型的用途是用 于采用冷 加工钢制造的注塑模具的修复，这种模具由于加工玻璃纤维增强的材料 而导致严重磨损。 磨损区域可以用激光沉积焊接来填充裂纹，所用焊丝的直径为0.4mm。修复之后，模具和 插件的使用寿命至少与全新的部件相当。焊接沉积物的高度大约为0.5mm，硬度为洛氏硬 度 52度。硬度达到洛氏硬度60度也是可能的。例如，一个成功的用户便是Tech Group公司，他们目前正采用激光沉积焊
2、接法来修复模具。Grand Rapids工厂有58名雇员，使用30台28 250t的注塑机， 专门从事医疗器械的生产。这些器械包括用于开胸心脏手术、微创手术和儿科手 术，器械 通常都是小型、精密、不耐用的产品。整个车间是在100,000级清洁厂房的条件下进行操作的。该工厂包括一个工具车间，有 4名全职的模具制作工。因为是生产医疗器械的， 制造模具所用的工具合金钢必须完全不含铍。采用激光沉积焊接技术的好处是这 种工艺除 了适用于不锈钢、标准工具钢和铝之外，也适用于无铍合金钢。据 David Guth-rie 说， Tech Group 公司的模具工 80 90 %工作量都是做小的零 部件，比 如
3、滑块上的塞子和模心销钉。以前，该公司的.激光焊接 工作都是外包给别的公司干，但是为了节省时间和成本，也为了减少麻烦，现在公司把设备买回 来了。根 据该公司的报告，他们自己有了设备之后，以前需要好几天才能完成的 模具工程修改和修 复工作，现在几个小时内就可完成了。一个模具零件在进行焊 接修复之后，要返回工具车 间进行最后的机加工，然后再装回到的模具上去。一 般只有损坏的零件才需要从模具上拆 下来进行修复，因此模具仍可留在注塑机上。激光束和焊丝Tech Group 所使用的由 Rofi n-Si nar 公司制造的 StarWeld 焊接机是一台使用丝 状填充材 料的激光沉积焊机。它采用在 I 类
4、激光壳体里产生的脉冲Nd:YAG 焊接激光，带电动 x-y-z 工作台和立体显微镜。模具的缺陷用激光束和丝状填充材料 来填补。焊 丝是自动导入的，以便激光束使焊丝和工件的表面同时熔化。所需沉 积物的总高度是通过 多层焊接的方法来达到的。焊接完毕，模具部件再加工成最 终尺寸。与氩弧焊或者微等离子体焊接相比较，本方法的优点是加热和冷却速度快，并且 熔化区域 小。基材所受到的热效应极小，从而大大减少了变形、弱化和产生裂缝 的危险。此外，通 过生成细颗粒的结构或者使用具有不同合金特性的填充材料， 可以获得特性更好的沉积 层。因为焊丝的直径可以细至100 微米，所以可以得到细小得多颗粒结构。这项工作一般
5、用钨极惰性气体保护焊或者微等离子体焊接方法进行焊接。另外， 对于模具修理来说，在需要低的内聚力时，适于采用粉状电阻粘结料。市场上相对较新技术是采用高功率（2 4kW ） C02 和 YAG 激光的直接金属沉积焊（DMD ）。用激光进行沉积焊与其它三种方法相比较具有一些优点。激光束可以聚焦得非常 细，因此对工件和填充金属（焊丝）的加热区域非常精确。工件的加热程度可以 减少，其 结果是变形较小。机加工的工作量减少至最小。此外，硬度可以达到洛 氏硬度 60 度，不过这还取决于基材的种类。激光硬件StarWeld激光焊接机有两个大的滑动门，门洞为800mm。重达350kg、体积125L的工件可以用叉车
6、从前面或者用吊车从上面放到机器里。滑动门和侧盖板都可以 取下来，以便可以把更大的工件放进机器里去。“ StarWeld 激光焊接机可用于点焊和缝焊高合金钢、铜、金、银、铂和钛的各种组合合金。其输岀功率在 20 500W 之间操作者可以用手动的方法喂焊丝，并通过在符合人体工程学的位置设置的袖孔来 操作操纵 杆。工件的位置在一个x-y 工作台上进行调整。工件借助于立体显微镜和操纵杆进行精确定位。操纵杆是比例控制的（操纵杆运动的程度决定着轴的速 度）。当 操纵杆转动时，z-轴就横向运动。当显微镜里的图像最清晰时，焊接区域就到达正确位置了。所设定的激光参数被输入到立体显微镜里。利用操纵杆可 以呼出多达
7、 50 组预先编程和记录的参数 操作者可以在眼睛不离开显微镜、手不离开工件护 栏的情况下，随时检查和修改这些参数。激光装置的所有功能，例如激光脉冲、快门控制、功率单元控制、温度控制、聚焦、保安电路、数据记录的储存以及常规诊断和测试等，都是由高性 能微处理器完成的。机器上装有一个薄膜键盘，用于输入各种数据。电容器箱的 电压值、脉冲频率、脉冲宽度、脉冲能量、每厘米的脉冲能量 (与焊接有关的表 面能量)、脉 冲形状、文本信息、以及其他数据都可以在屏幕上显示出来。激光束的光源是 Nd:YAG 激光，其平均功率为 100W 。根据材质不同，沉积焊接 所需的脉 冲时间在 2 至 10 毫秒之间。脉冲功率达
8、 500W ，工件表面的最大脉冲 密度可以达到几十 毫瓦 /cm 。这对于快速加工工作，甚至在使用比较粗的焊丝的 情况下，也是足够的了。 机 器出厂时带有一个完整的水 / 空气冷却系统和一个焊接 烟尘过滤器。可以在两根轴上都装一个受到专利保护的光学系统，这样就可以在竖壁上和下口 内进行焊 接工作。最好的、误差最小的焊接质量来自一个特殊的激光谐振腔。机 器具有很大的焦 深，容许工件表面可以在竖直方向上相对于焦点有较大的波动范 围。焊丝的通常用量已在 具体的软件模式里提供。在对工件进行手动加工的过程 中，此模式容许通过脉冲频率与焊 丝喂入速率相互偶联的方法使各焊接脉冲之间 的重叠关系保持恒定。激光辅助的、使用丝状填充材料的沉积焊接工艺是一种比较新的技术。在工艺质 量和加工 精度方面，它都比传统方法优越。它可以安装在简单、操作安全性很好 的手动形式的系统 里，所以它的使用，特别是在小型和中型工厂里，正变得越来 越普遍。StarWeld Laser 焊接机用于高级合金钢、铜、金、银、铂和钛及其各种组合材料 的点焊和 缝焊。输出功率从 20 500W。DLx25 Diode 激光器被用于熔接和焊接。它的输出功率为 250W ，它的光束质量 高，设计 紧凑，重量轻。 (end)
