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光纤激光器加工在首饰行业的应用的分析

自1960年美国科学家梅曼研制出第一台红宝石激光器以来,随着世界科技与经济的飞跃,激光技术也有了快速的发展,被广泛地应用于各行各业,为传统工业的技术改造和制造业的现代化提供了先进的技术装备。激光加工技术引入珠宝首饰业以后,以其高速度、高精度和方便性而广受欢迎,得到了越来越广泛的应用,逐渐成为珠宝首饰企业不可或缺的重要设备。 

激光焊接优点

激光焊接具有高焊接强度与速度、低废品率的特点,被广泛地应用于现代制造业中。在首饰制造业中,与传统的焊接技术相比,激光焊接具有明显的优点。

1.速度快、强度高、变形小,焊接后无矫形和清理。

首饰制造企业广泛采用激光焊接技术的最大原因就是其焊接速度快且变形小,焊接后不需要矫形和清理。虽然激光焊接比传统的火焰焊接更快,但操作者通常是手持或用夹具特工件,一次只能焊接一件。由于大多数首饰用激光焊接工作室都不大,不能一次处理大量的工作,因而焊接的时间会略有增加。但焊接后,由于清理工作减少,所节省的时间足以补偿焊接的时间。激光焊接可在惰性气体的保护下进行,不会在产品上留下火斑,因而焊接时无须添加助溶剂,焊接后也不需酸寖处理。总体上,激光焊接的生产效率更高。

2.适合焊接精密工件,可确保工件的质量。

由于激光束聚集后可获得很小的光斑且能精确定位,适于大批量自动化生产,不仅生产效率打打提高,且热影响区小,焊点无污染,极大地提高了焊接质量,降低了废品率。如电镀Au 质量分数为58%、Ag质量分数为2%的14K合金首饰,采用火焰焊接,Ag产生退火,使饰品的整体硬度从Hv=145降低约一半,如果从齐腰的高度跌落地上会摔出凹痕。而采用低功率、高速度的激光焊接,由于热量集中,工件不会发生退火,因而不会影响工件的强度。

3.装配精度高,有助于开发新的首饰生产工艺。

由于珠宝首饰业引用了激光焊接技术,改变了人们传统的首饰设计思维方式。借助激光焊接技术,可制作一些结构特殊的首饰款式。而在过去,由于受传统焊接技术的限制,这些特殊结构的首饰难以完成或达不到质量要求。激光焊接可在很窄的区域内进行,更易于将不同类型的合金材料焊接到一起,因此,两个组件间的颜色或组织可以突变,不会互相混合。激光焊接的狭窄工作区域使之在湿润性、连接健全性和热影响区的晶粒尺寸上都有别传统的焊接技术。

4.一致性与稳定性好。通常不用填充金属和焊剂,就可使工作局部熔化而直接焊接。

5.可简化工件的修理工作,如修复靠近宝石的金属和清除铸件的孔洞等;还可焊接距较复杂、热敏感部件0.2mm的部位,如铰链,钩,扣件,镶口等。

6.不污染环境。在激光焊接过程中,不需使用焊料与溶剂,也不需用化学溶剂清洗工件,因此,没有废料处理的问题。

7.可节省金属材料。采用传统的焊接技术时,一般需求金属厚0.2mm;而使用激光焊接,可减薄到0.1mm,因而饰品的重量可减轻35%~40%,这对电铸工艺产品尤为重要。激光焊接不仅可以节省贵金属材料,还可以节省焊料,而且在多重焊接是,不必使用不同类型的焊料。 

特点

首饰制造业常用的激光焊接机的功率较低,最具有最大的安全性、紧凑、方便移动的结构特点,操作者可舒适的坐在机器旁操作。

 典型的首饰用激光焊接机可以快速、可靠、准确地焊接大部分金属和合金,但其效率在很大程度上取决于目标材料的性能。连续组建或修复铸件可以在可视控制下通过一个或多个激光脉冲完成,通常一个脉冲持续1~20ms。采用立体显微镜及十字交叉线可以准确地定位焊接部位,在视场内微调工件的位置。工作环境通常为大气气氛,如果将空气或者惰性气体注入工作区可起到冷却作用,惰性气体还可以提高合金的焊接质量。首饰制造业中常用激光焊接机的典型参数见表1.

表一:首饰制造业中常用激光焊接机的典型参数

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合金材料对激光焊接效果的影响

不同的合金材料其激光焊接的效果不同。在激光焊接机的控制参数相同以及每次焊接脉冲传递的热量相同的条件下,由于合金材料表面吸收热能的比例(而不是反射热能的比例)不同,导致买个脉冲的融化效果不同。具体的影响因素包括从室温到熔点的热量、熔点、融化潜热以及热导率。不同的材料具有不同的热导性、融化温度和结晶潜热,这些因素集中到一起,就会对有效焊接所需的能量产生明显的影响,只有表面吸收了足够的热量,才能进行焊接。