激光焊接技术简介

几种焊接 激光器性 能参数的 比较
激光焊接
激光焊接
原理
激光对金属材料的焊接，本质上是激光与非透明物质相互作用的 过程。这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程，宏观上则表现为 反射、吸收、熔化、汽化等现象。激光焊接可以采用连续或脉冲激光 束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。 功率密度小于104—105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度 慢；功率密度大于105—107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成 “孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。激光与 工件作用过程中的会出现自振荡效应，其熔池、熔池中的小孔、金属 的流动现象有周期性变化。这种振荡的频率与激光束的参数、金属的 热物理性能和金属蒸气的动力学特征有关。熔池的周期性变化会在焊 缝中产生两个特有的现象：一个是充满金属蒸气的气孔，由于发生周 期性变化，同时熔池的金属又在它的周围从前向后沿流动，加上金属 蒸发造成的扰动，有可能将小孔拦腰截断，使蒸气留在焊缝中，凝固 后形成气孔，另一个是焊缝根部熔深的周期性变化，这与小孔的周期 性变化有关。
激光焊接 技术简介
校名
材料科学与工程学院
专业：材料成型及控制工程专业 姓名：
学号：
激光焊接原理及特点
目录
激光焊接工艺参数
激光焊接分类
激光焊接特征及优点
激光焊接分类
激光焊接
激光焊接
激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热 源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激 光材料加工技术应用的重要方面之一。20世 纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接， 焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件 表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通 过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和 重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的 熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、 小型零件的精密焊接中。
原理
激光焊接
激光焊熔池示意图
工艺参数
激光焊接
(1)功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。 采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热 至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除 加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表 层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达 到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊 接中，功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。
激光焊接
CO2气体 激光器
CO2气体作为工作物质的气体激光器。结构 简单、造价低；操作方便；工作介质均匀， 光束质量好；以及能长时间较稳定地连续工 作的优点。这也是目前品种最多、应用广泛 的一类激光器氦－氖激光器是最常用的一种。
激光焊接
Nd:YAG 激光器 碟形YAG 激光器
是以钇铝石榴石晶体为基质的一种固体激光 器，钇铝石榴石的化学式是Y3Al5O15,简称 为YAG。
电子枪组装、手机电池的封焊等） 5． 可焊接难熔材料（如钛、石英）并能对异性材料施焊，
且效果好；
激光焊接
优点
6． 其焊接的质量取决杂质的含量（如低碳沸腾刚由于硫、 磷的含量高，不适合激光焊接， 低碳镇静钢由于低的 杂质量，焊接效果很好，中、高碳钢和普通合金钢都 可以进行良好的激光焊接，但需要预热和焊后处理， 以消除应力，避免裂纹形成；
4) 强固焊缝。因为炽热热源和对非金属组分的充分吸收，
降低杂质含量、改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布。 焊接过程无需电极或填充焊丝，熔化区受污染少，使得 焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。
5) 精确控制。因为聚焦光点很小，焊缝可以高精确定位。
激光输出无“惯性”，可在高速下急停和重新起始，用 数控光束移动技术则可焊接复杂工件。
(4)离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的 离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容 易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布 相对均匀。离焦方式有两种:正离焦与负离焦。焦平面位 于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论， 当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上 功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。 负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有 关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形 成液相金属并出现部分汽化，形成高压蒸汽，并以极高
(2)激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重 要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射 至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而 损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用 期间内，金属反射率的变化很大。
激光焊接
工艺参数Biblioteka Baidu
(3)激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之 一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也 是决定加工设备造价及体积的关键参数。
6) 非接触大气焊接过程。因为能量来自光子束，与工件无
物理接触，所以没有外力施加工件。另外，磁和空气对激 光都无影响
激光焊接
优点
1． 激光焊接的速度快、且几乎没有连接间隙、焊接质量高； 2． 由于聚焦后，功率密度高，所以焊接时深度大，深宽比
可达5：1， 最高可达10：1； 3． 可焊接难以接近的部份，施行非接触远距离焊接； 4． 可进行微型焊接（集成电路的引线、钟表游丝、显像管
激光焊接
特征
激光深熔焊的特征
1) 高的深宽比。因为熔融金属围着圆柱形高温蒸气腔体形成
并延伸向工件，焊缝就变成深而窄。
2) 最小热输入。因为小孔内的温度非常高，熔化过程发生得
极快，输入工件热量很低，热变形和热影响区很小。
3) 高致密性。因为充满高温蒸气的小孔有利于焊接熔池搅
拌和气体逸出，导致生成无气孔的熔透焊缝。焊后高的 冷却速度又易使焊缝组织细微化。
激光焊接
工艺参数
的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体 使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当 负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强 的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际 应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦;焊接薄材料时， 宜用正离焦。 (5)焊接速度。焊接速度的快慢会影响单位时间内的热输 入量，焊接速度过慢，则热输入量过大，导致工件烧穿， 焊接速度过快，则热输入量过小，造成工件焊不透。