激光焊接基础理论
激光焊接原理讲解
激光焊接也是激光技术发展的一种，她在制造业种的应用不亚于激光打标机、激光切割机，今天我们来了解一下的她的基本原理：1.用激光束作为热源的焊接方法。
焊接时，将激光器发射的高功率密度(108～1012 瓦/厘米2 )的激光束聚缩成聚焦光束，用以轰击工件表面，產生热能，熔化工件(见图激光焊示意图)。
2.激光束是具有单一频率的相干光束，在发射中不产生发散，可用透镜聚缩为一定大小的焦点(直径为0.076～0.8毫米)。
小焦点激光束可用于焊接﹑切割和打孔﹔大焦点激光束可用于材料表面热处理。
激光束可利用反射镜任意变换方向，因而能焊接一般焊接方法无法接近的工件部位。
如采用光导纤维引导激光束，则更能增加焊接的灵活性。
激光器分固体激光器和气体激光器。
固体激光器所用材料为红宝石﹑釹玻璃等。
固体激光器输出能量小，约为1～50焦耳，产生脉冲激光，其加热脉冲持续时间极短(小于10毫秒)，因而焊点可小到几十至几百微米，焊接精度高，适于0.5毫米以下厚度的金属箔片的点焊﹑连续点焊或直径0.6毫米以下的金属丝的对接焊，固体激光器广泛用于焊接微型﹑精密﹑排列密集﹑对受热敏感的电子元件和仪器部件。
气体激光器所用材料为二氧化碳或氬离子气等，功率大(15～25000瓦)，可产生连续激光，能进行连续焊接，可焊0.12～12毫米厚的低合金钢﹑不锈钢﹑镍﹑鈦﹑铝等金属及其合金。
小功率二氧化碳激光器还可焊接石英﹑陶瓷﹑玻璃和塑料等非金属材料。
激光焊件质量高，有时超过电子束焊焊件的质量。
激光焊接机，，特别是大功率激光焊接机，成本高，效率甚低，一般只达5～10％，最佳为20％，穿透能力也不及电子束。
但用激光束可在空气中或保护气体中焊接，比电子束焊方便。
激光焊接基础知识精编版
米亚奇公司Nd （枚）：YAG 激光器激光焊接指南UNITEK MIYACHI■CORPORATION米亚奇公司2003年版此处包含的材料，未经米亚奇公司书面同意，严禁复制或用于任何用途联系方式：米亚奇公司Myrtle 大道 1820 号蒙罗维亚 CA, 91017-7133Tel.: 626 303 5676 Fax: 626 599 9636最新资料推荐目录1.激光基础1.1介绍1.2激光产生的原理1.3 Nd:YAG激光的介质1.4泵浦源1.5谐振器1.6激光安全2.激光焊接基本原理2.1脉冲激光焊接2.1. 1实时功率反馈2.1.2输出功率斜波2. 1. 3脉冲的成形2. 1.4时间的分配2. 1. 5能量分配2. 1. 6光束的传输2.1.7聚焦头2. 2激光是怎么实现焊接的2. 3主要焊接参数2. 3. 1接缝设计与配合2. 3. 2部分聚焦2. 3. 3材料的选择和其表面镀层2. 4激光的参数2. 4.1名词术语2. 4. 2光学系统2. 4. 3聚焦镜片2. 4. 4峰值功率和脉冲宽度2. 4. 5接缝的焊接2. 4. 6保护气体2. 5焊接举例長新资料推荐1.激光基础1.1介绍"激光” —词是 Light Amplification by Stimulated Emission of激光利用峰值功率进行焊接，反之连续激光使用的是平均功率，这使得脉冲激光只用很小的能量就能实现焊接，并形成了更小的热影响区，脉冲激光焊提供了无与伦比的点焊性能和极低的焊接热输入，米亚奇的就是脉冲激光焊机。
1. 2激光产生的原理激光本质上是分三步产生的，发生几乎是瞬间的。
1.泵浦源给介质提供能量，将介质内部原子激活，使得带电原子暂时被激发到高能级，处在此活跃级的带电原子是不稳定的，于是跃迁到低能级，在这个过程中，从泵浦源吸收能量的电子释放多余的能量并辐射出一个光子，这个过程叫做自发辐射，通过这种方式产生的光子是激光的种子。
激光焊接原理及工艺应用培训课件(ppt 44张)
铝合金螺柱激光点焊
铝合金螺柱激光点焊
铝合金材料反光率很高，焊接时需要较高的激光峰值
脉冲点焊时易产生裂纹，影响焊接强度 材料成份易产生偏析，容易产生飞溅，应选择较好的原材料 一般使用大光斑和长脉宽可以取得较好的焊接效果
铜及其合金的焊接
紫铜密封缝焊
黄铜插接件缝焊
铜材料反光率相比铝合金更高，焊接激光峰值更高，激光头需倾斜一定角度
激光焊接原理及工艺应用
1、激光原理及特性
什么是激光?
LASER是英文的“受激辐射光放大”的首字母缩写级
物质是由原子组成，而原子又是由原子核及电子构成。电子围绕着原子核运动。 而电子在原子中的能量不是任意的。描述微观世界的量子力学告诉我们，这些电 子会处于一些固定的“能级”，不同的能级对应于不同的电子能量，离原子核越 远的轨道能量越高。此外，不同轨道可最多容纳的电子数目也不同，例如最低的 轨道（也是最近原子核的轨道）最多只可容纳2个电子，较高的轨道上则可容纳8 个电子等等。
• 半导体激光器 半导体激光器是以半导体材料作为工作介质的。目前较成熟的是砷化 镓激光器，发射840nm的激光。另有掺铝的砷化镓、硫化铬硫化锌等 激光器。激励方式有光泵浦、电激励等。这种激光器体积小、质量轻 、寿命长、结构简单而坚固，特别适于在飞机、车辆、宇宙飞船上用 。在70年代末期，由于光纤通讯和光盘技术的发展大大推动了半导体 激光器的发展。 • 液体激光器 常用的是染料激光器，采用有机染料最为工作介质。大多数情况是把 有机染料溶于溶剂中（乙醇、丙酮、水等）中使用，也有以蒸气状态 工作的。利用不同染料可获得不同波长激光（在可见光范围）。染料 激光器一般使用激光作泵浦源，例如常用的有氩离子激光器等。液体 激光器工作原理比较复杂。输出波长连续可调，且覆盖面宽是它的优 点，使它也得到广泛应用。
激光焊接基本原理讲解
激光焊接基本原理讲解激光焊接是一种高能密度、高速度、高精度的焊接技术，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子制造、通信设备等领域。
激光焊接基本原理主要包括光学原理、热传导原理、材料相互作用原理和焊接过程控制原理。
光学原理是激光焊接的基础。
激光是一种特殊的光束，具有单色性、相干性和方向性。
激光器通过电子激发的方式产生一束具有高能量密度的光，然后经过光束整形、光束传输和光束聚焦等步骤，将光束聚焦到焊接接头上，形成一个焦点，使焊接接头处的工件局部加热至熔化或变软状态。
热传导原理是激光焊接中的重要因素。
激光焊接是通过加热工件表面使其熔化，并通过热传导使熔化区域扩散到接缝两侧，实现焊接连接。
当激光束聚焦到焊接接头上时，光能被吸收并转化为热能，工件表面温度迅速升高，超过了金属的熔点，从而使接头处的金属熔化。
然后，由于热传导作用，熔化区域的温度逐渐降低，热量向接头两侧传导，使熔化区域逐渐扩散到接头两侧的工件上，最终形成一道连续的焊缝。
材料相互作用原理是指激光和材料之间的相互作用过程。
激光通过与工件表面相互作用，使金属吸收激光能量并转化为热能，从而引发熔化和变形。
金属在激光束的作用下，表面的氧化物和附着物会蒸发或溶解，使金属表面得到净化。
同时，激光还能通过与金属表面的反射和散射以及与烟雾或气体的相互作用，影响激光束的传输和能量聚焦效果。
焊接过程控制原理是激光焊接的关键。
激光焊接过程中，需要控制激光功率、焦距、焊接速度和焊接时间等参数，以实现理想的焊接效果。
激光功率直接影响焊接接头的熔化和热影响区大小，过高或过低的功率都会影响焊接质量。
焦距决定焦点的位置和焦点大小，过大或过小的焦距都会导致焊接效果不理想。
焊接速度和焊接时间决定了焊缝的宽度和深度，过快或过慢的速度都会对焊接质量产生影响。
综上所述，激光焊接基本原理包括光学原理、热传导原理、材料相互作用原理和焊接过程控制原理。
通过理解和控制这些原理，可以实现高能量密度、高速度和高精度的激光焊接，提高焊接质量和生产效率。
光器件激光焊接基础
激光焊接技术简介2017-8-1激光—全称为受激辐射光放大，它是一种新光源，其所具有的相干性、单色性、方向性与高输出功率等特点，是其它光源所无法比拟的。
激光焊接是通过光学系统将激光光束聚集在很小的区域，焦平面上的功率密度可达到10×10w/cm2，在极短的时间内，使被焊处形成一个能量高度集中的局部热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点或焊缝。
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104~105W/ cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107W/ 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。
热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
激光深熔焊接的原理。
激光深熔焊接原理：一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。
在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。
这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达25000C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。
小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。
孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。
光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。
就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。
激光焊接工艺的基本知识
激光焊接工艺的基本知识概述激光焊接是一种高能量密度的热源焊接方法，利用激光束将工件加热到熔化或融合状态，实现金属材料的连接。
激光焊接具有高精度、高速度、低变形等优点，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域得到广泛应用。
工作原理激光焊接主要通过激光束对工件表面进行聚焦，使其吸收激光能量产生热源，从而使工件局部区域迅速升温并达到熔化或融合状态。
通过控制激光束的功率、聚焦方式和运动轨迹，实现对工件的精确加热和连接。
设备与系统激光源激光源是激光焊接系统的核心部件，常见的激光源包括CO2激光器、固态激光器和纤维激光器等。
不同类型的激光源具有不同的特点和适用范围，选择合适的激光源对于实现高质量的焊接至关重要。
光学系统光学系统主要包括激光束传输系统和聚焦系统。
激光束传输系统用于将激光束从激光源传输到焊接头，常见的传输方式有光纤传输和反射镜传输。
聚焦系统用于将激光束聚焦到工件上，通常包括凸透镜、平凸透镜和聚焦镜等。
控制系统控制系统是激光焊接过程中的关键部分，用于控制激光功率、聚焦位置和运动轨迹等参数。
通过精确控制这些参数，可以实现对焊接过程的精确控制和优化。
工艺参数激光功率激光功率是影响焊接速度和质量的重要参数。
功率过低会导致无法达到熔化或融合状态，功率过高则容易引起气孔、裂纹等缺陷。
根据工件材料和厚度的不同，选择合适的激光功率进行焊接。
焦距焦距是指从聚焦镜到工件焊点的距离，影响激光束的聚焦效果和焊接质量。
焦距过大会导致焊缝变宽、深度不足，焦距过小则容易引起激光束的散射和偏离。
根据焊接要求和工件形状选择合适的焦距。
扫描速度扫描速度是指激光束在工件表面移动的速度，影响焊接线能量分布和熔池形态。
扫描速度过快会导致熔池不稳定、焊缝细节不清晰，扫描速度过慢则容易引起过热和变形。
根据工件材料和要求选择合适的扫描速度。
气体保护气体保护是激光焊接中常用的一种方法，通过向焊接区域供应惰性气体，如氩气或氮气等，可以有效防止氧化、脱氢和杂质的进入，提高焊接质量。
第六章 激光焊
第六章激光焊第一节激光焊概述激光是利用原子受辐射的原理，使工件物质受激而产生的单色性高、方向性强、亮度高的光束。
激光是20世纪最伟大的发明之一，世界上第一台激光器问世于1960年。
一、激光的产生1、能级与辐射跃迁当原子或分子内部的电子与外界交换能量时，原子的内能也发生变化，但内能的变化是不连续的，其内能的状态称为能级。
一个粒子（原子或分子）可以处于许多不同的能级，其最低的能级称为基态。
当粒子从外界吸收能量时，从低能级跃迁到高能级；当粒子从高能级跃迁到低能级时，向外界释放能量。
若吸收或释放的能量是光能，则称此跃迁为辐射跃迁。
当粒子从高能级E2向低能级E1辐射跃迁时，辐射光子的能量E等于两个能级之差，即E=E2-E1=hv。
当粒子吸收的外来光子的能量恰好等于其两能级的能量之差时，则从其低能级跃迁到高能级。
当离子从高能级跃迁到低能级时，向外界释放能量。
2、激辐射处于高能级的粒子自发地向低能级跃迁并释放出一个光子的过程称为自发辐射。
自发辐射没有固定的相位、频率、传播方向和偏振方向。
处于高能级E2的粒子，受到一个能量恰为hv =E2-E1的光子作用后，跃迁到低能级E1并同时辐射出一个和入射光子完全一样的光子的过程成为受激辐射。
受激辐射在一个外来光子的作用下，出现了两个完全相同的光子，即受激辐射起到了光的放大作用。
3、浦与粒子数反转热平衡状态下，处于高能级的粒子数远远少于处于基态的粒子数。
当外界入射光进入介质后，受激辐射的放大作用总是小于受激发、吸收的的消弱作用，入射光必然受到衰减。
欲使入射光通过介质后得到增强与放大，就必须打破热平衡，使处于高能级的粒子数大于处于低能级的粒子数，称为粒子数反转。
凡是能够通过激励而实现粒子数反转的物质称为激光工作物质（或激活物质）。
Nd:YAG是典型的四能级系统激光工作物质，其波长为1.06μm。
4、激光产生的基本原理及主要元件激光工作物质在泵浦源的作用下，处于低能级的粒子不断向高能级跃迁，实现粒子数反转。
激光焊接技术的基本原理及其特点
激光焊接技术的基本原理及其特点基本原理及特点激光焊接，一方面要求激光辐射能穿透零件，另一方面要求零件有很强的吸收性能。
重要的是，在两个焊接件之间要避免产生裂缝。
在激光焊接过程中，吸收性的零件升温并且局部熔化，通过热传导将能量传递到透光的零件，在外部的压力下两个零件结合在一起。
所吸收的近红外线激光转化为热能，将两个部件的接触表面熔化，最终形成焊接区。
这种焊接方法能够形成超过原材料强度的焊接缝。
目前国内市场上普遍使用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接等，主要用于连接敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等。
应用激光焊接熔接塑料部件，其优点有：焊接缝尺寸精密、不透气及不漏水；焊接牢固，可以得到高精度的焊接件。
在焊接过程中树脂降解少、产生碎屑少，不会出现飞边，部件表面能够精密连接；焊接设备不需要和被黏结的塑料零部件相接触，与其他熔接方法比较，大幅减少制品的振动应力和热应力；最小化热损坏和热变形，可以将不同组成或不同颜色的树脂黏结在一起；可焊接尺寸极小或外形结构复杂的零件，对有些复杂零件甚至可以进行“穿透焊接”；无振动技术能产生气密性的或者真空密封结构；能够将多种不同塑料焊接起来，而其他焊接方法有较大限制；设备自动化程度高，能方便用于复杂塑料零部件加工。
擅长焊接具有复杂外形(甚至是三维)的制品；能够焊接其他方法不易达到的区域。
由于激光焊接具有上述优点，所以特别吸引那些寻求更清洁的方式来熔接复杂部件的加工商，如含有线路板的塑料制品、医疗设备等。
激光焊接技术是用通常存在于电磁光谱红外线区的集束强辐射波熔化接头区的塑料。
所用激光的类型和塑料的吸收特性决定焊接的程度。
激光焊接也极大地减小了制品的振动应力和热应力。
比采用其它连接方式所产生的振动应力和热应力小，意味着制品或者装置的内部组件的老化速率更慢。
这为将激光焊接应用于易损坏的制品(如电子传感器)提供了机会。
激光焊接知识集锦讲解
激光焊接知识集锦目录激光焊接基本原理...................................................................................................................... - 2 - 激光焊接概述.............................................................................................................................. - 4 - 激光传感器焊接技术的介绍与发展.......................................................................................... - 6 - 激光焊接技术及其在汽车制造中的应用.................................................................................. - 8 - 激光塑料焊接概述.................................................................................................................... - 13 -激光焊接基本原理一、激光基本原理1、LASER是什么意思Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（通过诱导放出实现光能增幅）的英语开头字母2、激光产生的原理激光——“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。
处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。
激光焊接基本原理
一、激光基本原理1、LASER是什么意思Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅)的英语开头字母2、激光产生的原理激光――“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。
处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。
为了得到高能量密度、高指向性的激光，必须要有封闭光线的谐振腔，使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡，进而提高光强，同时提高光的方向性。
含有钕(ND)的YAG结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为1.064um的近红外光。
这种光束在微弱的受激发情况下，也能实现连续发振。
YAG晶体是宝石钇铝石榴石的简称，具有优异的光学特性，是最佳的激光发振用结晶体。
3、激光的主要特长a、单色性――激光不是已许多不同的光混一合而成的，它是最纯的单色光(波长、频率)b、方向性――激光传播时基本不向外扩散。
c、相干性――激光的位相(波峰和波谷)很有规律，相干性好。
d、高输出功率――用透镜聚焦激光后，所得到的能量密度是太阳光的几百倍。
二、YAG激光焊接激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。
通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。
常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。
前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。
后者主要用于大厚件的焊接和切割。
l、激光焊接加工方法的特征A、非接触加工，不需对工件加压和进行表面处理。
B、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。
C、短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料。
激光焊接 原理
激光焊接原理激光焊接原理激光焊接是一种高精度、高效率的焊接方法，广泛应用于工业制造领域。
其原理是利用激光束的高能量密度和聚焦性，将材料加热至熔化点，使其发生熔合。
下面将详细介绍激光焊接的原理及其应用。
一、激光焊接的原理1. 激光的特性激光是一种具有高度聚焦性和单色性的光束，其能量密度高，可在短时间内提供足够的热量使材料熔化。
激光的单色性使其具有较小的光斑直径，从而实现高精度的焊接。
2. 热传导与熔池形成激光束照射到工件表面后，被吸收的能量迅速转化为热能，使工件表面局部区域升温。
热能通过热传导向周围区域传递，使材料迅速达到熔点。
同时，激光束的高能量密度使熔化的材料形成一个熔池，通过熔池的流动和混合，实现焊接。
3. 激光焊接的方式激光焊接可分为传导式焊接和深熔焊接两种方式。
传导式焊接是指激光束透过工件表面，照射到焊缝上方，热量通过热传导实现焊接。
深熔焊接是指激光束直接照射到焊缝上，使其瞬间加热至熔化点，形成深熔池，然后通过熔池的流动实现焊接。
二、激光焊接的应用1. 金属焊接激光焊接广泛应用于金属焊接领域，如汽车制造、航空航天、电子设备制造等。
激光焊接具有热影响区小、焊缝质量高、焊接速度快等优点，能够满足高精度、高强度的金属焊接需求。
2. 塑料焊接激光焊接也可用于塑料焊接。
塑料焊接通常采用透明塑料，激光束透过塑料表面照射到焊接区域，使其迅速加热至熔化点，然后通过熔池的混合实现焊接。
激光焊接可实现高强度的塑料焊接，广泛应用于光学器件、医疗器械等领域。
3. 精密焊接激光焊接由于其高度聚焦性和高能量密度，可实现微小尺寸的焊接。
这使得激光焊接成为精密器件的理想焊接方法，如电子器件、微电子封装等领域。
4. 自动化焊接激光焊接可与机器人技术相结合，实现自动化生产。
激光焊接的高精度和高效率使其成为自动化焊接的重要技术，可广泛应用于汽车制造、电子设备制造等领域，提高生产效率和产品质量。
总结：激光焊接是一种高精度、高效率的焊接方法，其原理基于激光束的高能量密度和聚焦性。
激光焊接工艺的基本知识
激光焊接工艺的基本知识激光焊接的定义激光焊接是利用激光束的高能量密度、高聚焦度和高一致性，将激光能量引入焊接区域，使焊缝区域被熔化并冷却形成焊缝的一种焊接方法。
激光焊接的原理激光焊接是利用激光束的高功率密度，将激光能量转化成热能，通过加热和熔融工件的材料，使其形成焊缝并实现材料的连接。
激光束可以通过光学系统进行聚焦，从而集中到焊接区域上。
激光焊接的优点•高能量密度：激光焊接可以将高能量聚焦在小面积上，使材料瞬间加热并熔化，从而实现快速的焊接。
•高一致性：激光焊接的激光束具有高一致性，焊接效果稳定且可重复。
•焊接速度快：激光焊接的瞬间加热和熔化速度非常快，可以实现高速焊接。
•焊缝质量好：激光焊接可以实现焊缝的精细化控制，焊缝形态美观且强度高。
•无接触式焊接：激光焊接是一种无接触式的焊接方法，可以避免材料变形和污染。
激光焊接的应用领域1.电子行业：激光焊接广泛应用于电子产品的组装和连接，如手机、电脑等电子元件的焊接。
2.汽车工业：激光焊接广泛应用于汽车零部件的制造，如发动机、变速器等的焊接。
3.航空航天工业：激光焊接在航空航天领域具有重要应用，如飞机结构件的焊接、航天器的焊接等。
4.家电行业：激光焊接在家电行业中应用广泛，如冰箱、洗衣机等产品的焊接。
5.医疗器械：激光焊接在医疗器械制造中具有重要地位，如手术器械、人工关节等的焊接。
激光焊接的工艺参数1.激光功率：激光功率决定了焊接过程中的能量输入，需要根据焊接材料的厚度和类型进行选择。
2.激光波长：激光波长决定了激光束在焊接材料中的穿透深度，需要根据焊接材料的吸收情况选择合适的波长。
3.聚焦方式：激光焊接可以采用具有不同聚焦方式的光学系统，如凸透镜、聚焦镜等，根据焊接材料的形态和要求选择合适的聚焦方式。
4.扫描速度：扫描速度决定了焊接速度，需要根据焊接材料的热导率和焊接质量要求进行调整。
5.激光频率：激光频率可以影响焊接的稳定性和效果，需要根据焊接材料的特性选择合适的频率。
技能培训之激光焊接的基础知识
何谓激光焊接？首先“激光”是取英文的“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（通过受激释放辐射光扩大）”的含义的术语的开头字母而得到的造词。
激光焊接是将作为人造光的激光进行聚光并照射对象物、使金属局部熔融和凝固来接合金属的加工方法。
在钣金加工领域引入激光焊接的情况下，相比于以往加工方法的电弧焊，具有容易抑制热变形、容易管理焊接条件、焊道不明显等优点。
激光焊接的原理激光焊接中，使用激光振荡器产生成为热源的激光，并将其扩大，使用光纤进行传输，首先将光输送至工件附近。
在该阶段需要激光加工头。
激光加工头的内部设置有透镜，将传输来的激光聚光为适合加工的状态。
通过借助透镜对光进行聚光，能够使光能集中于较小的面积，从而能够获得熔化金属的较高能量。
为了防止熔融金属的氧化，通常会一边吹送氩气、氮气等保护气体一边焊接。
激光焊接的种类YAG激光焊接YAG是名为钇铝柘榴石（Yttrium Aluminum Garnet）的晶体，YAG激光器是向YAG晶体照射强光来产生激光。
YAG激光具有金属易于吸收的1064nm的波长，因此能以较少的能量熔融金属，这一点适合激光焊接。
另一方面，为了产生激光，需要使闪光灯闪烁，且因为发热多而需要使用制冷器对振荡器至焊炬进行冷却，因此耗电量大，与所使用的电力相比，用于加工的能量较少，故而也存在焊不透的情况。
冷却水、灯等易耗品的维护成本负担也较大，这也可以说是使用上的一大缺点。
光纤激光焊接光纤激光是使用光纤对所生成的励起光进行扩大和传输的激光，具有金属易吸收的1070nm的波长。
在众多激光中，能量密度特别高，具有容易将光束聚集的特点，对金属能够实现深熔是其一大优点。
与YAG激光相比，具有深熔、运行成本低、几乎没有调整和维护的麻烦和成本等诸多优点，近年来正在加速普及。
虽然光纤激光具有高功率、高效率的特点，但在钣金的手焊中，如果功率过高，会对作业者造成危险，因此制作产品时通常将功率限制在1kW左右。
史上最全激光焊接技术原理知识
史上最全激光焊接技术原理知识现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。
今天给大家介绍关于激光焊接内容。
激光焊接技术原理知识激光焊接可以采用脉冲或连续激光束加以实现；激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。
热导焊：激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。
其特点：激光功率为105w/cm2左右，焊缝深度小于2.5mm，焊缝的深宽比最大为3：1。
图1）热导焊基本原理深熔焊：一般采用连续激光光束完成材料的连接.即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的.激光照射,材料产生蒸发并形成小孔,吸收全部的入射光束能量,温度达25000C左右,使包围着这个孔腔四周的金属熔化.其特点：采用的功率密度在106～107w/cm2 之间，焊缝的深宽比最大可达12：1 ，目前最大焊接深度可以达到51mm。
图2）熔深焊技术原理说到这里相信大家都有疑问，说激光是怎么产生的？工作设备（产生激光）：由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。
介质受到激发至高能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。
图3）激光焊接设备组成激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频（紫外光、可见光或红外光）的电磁辐射束的一种设备。
图4）激光焊接设备简易图激光分类焊接用有两种激光：CO2 激光和Nd:YAG激光特点：都是肉眼不可见红外光。
红外光，又叫红外线，是波长比可见光要长的电磁波（光），波长为770纳米到1毫米之间。
CO2 激光：属于远红外光，波长为10. 6Lm, 大部分金属对这种光的反射率达到80% ~ 90%,需要特别的光镜把光束聚焦成直径为0. 75 - 0. 1mm。
功率可轻易达到20000W甚至更大。
激光焊接
π
4d 2
铝及铝合金激光焊接稳定性 的影响因素
高质量深熔焊影响因素： 高质量深熔焊影响因素
1、高功率密度：提高激光功率或减小聚焦光斑直径 功率密度（w/cm2）=激光功率/聚焦光斑面积 π 2 聚焦光斑直径为d，聚焦光斑面积= d
4
2、良好的光束聚焦：聚焦光斑直径为
4λ f d = π KD
f为焦距，D为聚焦镜处光束直径，λ为激光波长，K为 光束质量因子。 K越大，光束质量越好，功率密度越 高； f减小，D增大，d减小。
铝及铝合金激光焊接接头缺陷 及防止措施
• 铝及铝合金激光焊接裂纹 原因： 原因：结晶裂纹是焊缝金属结晶时,在柱状晶边 界形成Al2Si 、Mg2Si 、Al2Mg2 Si 等低熔点共 晶导致。 措施：采用填充金属方法可有效避免热裂纹。 措施： 如：采用高Mg 含量的Al2Mg2Zn 焊丝焊接低 Mg 含量的Al2Cu2Zn 合金; 用Al25 %Si焊丝焊 接Al2Cu2Mg 合金板,很好地控制了热裂纹。
概述
发展历程
时间 70年代以前 种类 红宝石 优缺点 高脉冲能量，低平均输 出功率 千瓦输出功率 不允许变形和环境污染 的微型器件 体积小，可靠，机器人 焊接，但光束质量不好 效率提高，但寿命短 光束质量好，寿命长
70年代 80年代
CO2 YAG
半导体激光器
90年代 21世纪
半导体做泵浦源 光纤激光器
表面处理
• 目的：提高对激光的吸收 目的： • 方法：砂纸打磨，表面镀，石墨涂层等 方法：
结论： 结论：铝及合金表面喷砂与阳极氧化可以提高铝合金 对激光的吸收， 铝合金的吸收率大于纯铝。 对激光的吸收，5456 铝合金的吸收率大于纯铝。
铝及铝合金的化学成分
激光焊接基础理论
光束半径
( z)
激光束腰
0
远场发散角 光轴
z0
一般，只要远场发散角较小，光束的传播也可由下面的简化公式描述：
2 [w( z)]2 w0 ( z z0 )2 02
激光束特征描述及光束传播定义
三、光束质量评定
(1) 通常激光束质量的评定可采用其中任一的参数，光束传播系数（ K）、 光束衍射极限倍数（M），定义如下：
功率：1.3kW 焦距：150mm
材料：齿轮钢 深度：1.5mm 速度：5.5m/min
功率：2kW 焦距：150mm
材料：不锈钢 深度：1.5mm 速度：7m/min
功率：3.5kW 焦距：200mm
材料：不锈钢 深度：1.1mm 速度：8m/min
激光焊接汽车组合齿轮
激光焊接不锈钢传感器
YAG激光器的应用
6-轴机器人YAG激光焊接汽车顶棚（VOLVO）
半导体激光器的应用
IR Diode
Housing
Lid with push buttons
半导体激光的产生30附带电源的大功率半导体激光器半导体激光加工头半导体激光的产生31co32激光加工系统的构成激光器cnc控制系统cnc控制工作台循环水冷系统循环水冷系统气体供给系统气体供给系统光束传输及聚焦光束传输及聚焦激光33反射镜传输co34光纤传输校准模块聚焦模块光束反f3f2f1ccd光纤耦合单元激光束光纤传输基本原理聚焦元件f1将进入光纤的光束聚焦到较小直径内耦合角不能超过某一临界光纤相关值
折射指数n
出光纤后的强度分布
b) 梯度折射率光纤
光纤传输方式
冷却设备
光纤
多路转接器
以很高的转向频 率，依次给超过20 根的光纤提供光源， 适合“多点”或 “多工位”激光加 工。
激光焊接技术原理
激光焊接技术原理
激光焊接技术是利用激光束的高能量密度和高准直性进行焊接的一种先进的焊接技术。
它是将高能激光束对焊接接头进行瞬间加热，使焊缝两侧的金属材料迅速熔化，并形成均匀的熔池。
当激光束停止照射后，熔池迅速凝固，形成焊缝。
激光焊接技术具有以下几个基本原理：
1. 焦聚原理：激光束通过透镜或反射镜等光学元件进行聚焦，将光束能量集中在焊接接头上的一个小区域内，形成高能量密度的光斑。
这样可以使焊接接头迅速加热到熔化温度。
2. 吸收原理：金属材料对于激光的吸收能力与其表面的光学特性有关，如光学吸收率、反射率等。
激光束一般选择与焊接金属材料的波长吻合的激光，以提高其在金属表面的吸收率，从而实现高效的能量转换。
3. 反射原理：激光束在金属表面的反射情况对焊接质量有重要影响。
焊接接头表面应保持干净，并且需要适当的焊接角度来减少反射。
同时，适当的选择激光功率和焊接速度可以改善焊接接头表面的反射情况。
4. 池形成与液态传递：激光加热会使焊接接头瞬间熔化，形成液态金属熔池。
熔池会受到激光束和焊接速度等因素的影响，形成不同形状和尺寸的熔池。
激光束的运动和焊接速度会影响熔池的尺寸和形态，并且对接头的焊接质量和力学性能有重要影响。
通过控制激光束的焦距、功率、光斑形状等参数，可以实现对焊接接头的精确控制。
激光焊接技术具有热影响区小、焊接速度快、形变小、熔深大、焊缝质量高等优点，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备、激光制造等领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
YAG激光的产生
YAG激光器的氪弧灯与二极管泵浦源的谱线分布
二极管激光的发射光和Nd:YAG吸收波段之间的良好光谱匹配 降低了Nd:YAG晶体上的热负荷，从而可获得较好的光束质量， 提高激光输出功率和脉冲重复频率。
二极管泵浦YAG激光器在材料加工中的优势
ΔHQ
●
加工效率更高
(更高的速度或更低的功率要求)
灯式泵浦Nd:YAG 激光器加工头 二极管泵浦Nd:YAG 激光器加工头
聚焦直径更小
●
热输入低
●
加工灵活性更高 ΔHQ
光学镜片更细小
难以到达的工作区
ΔHQ
Δ HQ = 由高质量光束引起
工作距离更远 的加工灵活性的增加
较小的焦点直径：切割、焊接时能达到很高的加工速度 光束质量高： 工作距离大 瑞利长度大： 焦点位置对公差不敏感
CO2激光的产生
轴流式CO2激光器系统
几个功能部件在 谐振腔中采用了光 学串联方式连接， 这样既提高了功率， 同时又保持了各部 分独立设计的特点。
CO2激光的产生
扩散冷却式CO2激光器系统
射频气体在两个大面积铜电极之间放电，电极间隙很小，放电 腔中通过水冷电极可达到很好的散热效果，或的相对较高的能量 密度。
1kW的脉冲Nd:YAG激光器
YAG激光的产生
二极管泵浦YAG激光器 低功率激光器：末端泵浦 高功率激光器：侧向、横向泵浦
二极管在连续输出模式下的使用寿命可超过10000小时(用于打标 时寿命可超过15000小时)，而且无需任何维护。而弧光灯泵浦激光器 的寿命只在1000小时以下(打标激光器为2000小时以下)。
CO2激光的产生
工作物质为：CO2、N2、He混合气体，比例：6%、28%、66%； 光束波长：10.6µ m;
CO2激光的产生
1. 激光束 2. 切向排风机 3. 气流方向 4. 热交换器 5. 后镜 6. 折叠镜 7. 高频电极 8. 输出镜 9. 输出窗口
一般气流的流动速度较慢, 将热量从放电腔中带走。 高频激励横流CO2激光器系统
.
激光束
光束反 射腔 聚焦模块 f3
聚焦元件f1将进入光纤的光束聚焦到较小直径，内耦 合角α不能超过某一临界光纤相关值。激光束在光纤中传 出时是发散的，通过光学元件f2和f3进行校准和聚焦。
光纤传输方式
进入光纤前的强度分布 n1 n2
折射指数n
出光纤后的强度分布
a) 阶跃折射率光纤
进入光纤前的强度分布 n1 n2 Nhomakorabea
M 2
激光束特征描述及光束传播定义
光束参数积与激光功率决定加工范围
激光束特征描述及光束传播定义
四、光束的聚焦特性
0
D=2r
聚焦后焦点半径：
0
D=2r
rfoc
f r K
f
ZRaylengh
聚焦面
焦点附近，光束横截面积为焦点处 2倍的两个光束横截面之间的距离称为 瑞利长度或焦深，可用下式表示：
光斑半径
2( x2 y 2 )
所描述的规 律从中心向外平滑地降落，故称为高斯光束。由光强降落到中心值 的 1/ e2的点定义为光斑直径为 ( z ) ，在这个半径值的圆内包含了光束 总能量的86.5%。中心处最大光强为 22P 。
( z )
基模光束在任意截面内的光强分布按高斯函数 e
扩散冷却
0.2~3.5kW
DC-5kHz
TEM00-TEM01 0.8
极小
30% 优良
优良
一般 一般
一般
YAG激光的产生
根据工作物质分类： 红宝石：激活离子Cr3+，波长：694.3nm，三能级；
Nd:YAG：激活离子：Nd，波长：1.06m，四能级；
钕玻璃： 激活离子：Nd，波长:1.06m，四能级 根据泵浦方式分类： 氪闪光灯泵浦：脉冲氪灯照射在工作物质棒上，输出方式：脉冲； 氪弧光灯泵浦: 连续氪弧灯照射在工作物质棒上，输出方式：连续； 二极管泵浦：采用阵列二极管照射工作物质棒，输出方式：连续和脉冲； 调Q激光器：采用调Q技术使得激光的脉冲能量大大地提高（几百千瓦）， 脉冲宽度：100~500ns，频率：几百~62kHz。
激光
能 量 自然光
波长
2、方向性好、亮度高 从光源发出的激光平行传播的程度成为方向性。
激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于10-3~10-5弧度。 激光通过直径为D的孔径时，由于衍射会产生一定发散：
(发散角)
激光束
等相位面
发散角：
4 /( D) 1.27 / D
激光的方向性带来两个结果： 光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。
f 2 2 r 2 K
dfoc=2rfoc dRaylengh=2rRaylengh = 2 dfoc
dfoc=2rfoc
Z Rayleigh
激光束的反射、透射聚焦
激光的产生
激光的形成过程 工作物质 激励、受激辐射 自激振荡增益 外界能量注入（泵浦） 光学谐振腔
高能束焊接的定义
高能束焊接（电子束焊EBW、激光束焊LBW） 是利用高能密度束流作为热源的焊接方法。其能量 密度比TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上， 通常高于 5×105W/cm2。
激光束基本特性
单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。 1、单色性 激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。
He-Ne激光器产生的632.8nm谱线，线宽只有10-9nm。 普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯(Kr86)， 其谱线宽度为4.7×10-3nm。 激光的单色性比一般光要高出106～107倍以上 . 自然光由波场范围较宽的光构成， 激光的谱线展宽极小，具有很好的单色 性。 单色性决定物质对激光能量的吸收 和精细聚焦的可能性； CO2：10.6μm CO： 5.4μm YAG： 1.06μm 准分子：0.24μm；
CO2、YAG激光器性能比较
激光器类型： YAG 光束波长: 1.06m 输出功率等级： 0.1~5kW 脉冲能力： DC-60kHz 光束模式： 多模 光束传播系数（K） 0.15 电-光转换效率： 3-10% 光束传输: 光学镜片或光纤 焊接效果： 优良 切割效果： 一般 表面处理: 好 运行成本: 高 CO2 10.6m 0.5~45kW DC-5kHz TEM00-多模 0.1-0.8 15-30% 光学镜片 好 优良 好 低
折射指数n
出光纤后的强度分布
b) 梯度折射率光纤
光纤传输方式
冷却设备
光纤
多路转接器
以很高的转向频 率，依次给超过20 根的光纤提供光源， 适合“多点”或 “多工位”激光加 工。
光束转 向镜
激光束
聚焦镜
远距离焊接系统原理
CO2激光器的应用
功率：2kW 焦距：150mm
材料：齿轮钢 深度：2.5mm 速度：3.5m/min
激光条中，光以条纹形式发射，一个方向看类似波纹顶部 轮廓，另一侧面看类似高斯分布轮廓。
半导体激光的产生
半导体激光波长808，940，980nm。
激光条前部安装一个短焦距的微透镜，将发散光转换为平行光。 进一步提高功率，可在每个激光条的上面再安装散热器，通常 将这样的单元结构称为“堆栈”，采用专门的反射镜，将几个这 样的堆栈合在一起，能够传输的最大功率达6kW 。
激光束特征描述及光束传播定义
气体激光的光能横向分布
激光束特征描述及光束传播定义
不论是轴对称还是旋转对称， 其TEM 00 模是一致的，称为基模。光 波的强度与光波电矢量振幅的平方 成正比，一束沿方向传播的基模光 束的光强可表示为：
光强
2( x 2 y 2 ) 2P I ( x, y, z ) exp 2 ( z ) 2 ( z)
半导体激光的产生
半导体结构内的电 子空穴复合时，可以 在非常窄、非常薄的 区域内产生几毫瓦功 率的光，许多这样的 元件组合起来可形成 一个“激光条”。
典型激光条结构的发射表面是一个窄条，被分成25个子阵列，每 个子阵列约有25个发射点，谐振腔由激光条的两个表面构成，长度 约为600µ m。
半导体激光的产生
2 (z)
激光束特征描述及光束传播定义
YAG等固体激光器，其光能的空间分布则远为复杂，不能用简单的 数学公式描述。因为固体激光棒不可避免地存在很多缺陷，折射率不 均匀，在光泵作用下受热而产生光程变化和双折射等。
固体激光的光能横向分布
激光束特征描述及光束传播定义
二、发散角
z ( z ) 0 1 2 0
半导体激光的产生
附带电源的大功率半导体激光器
半导体激光加工头
CO2、YAG、半导体激光器光束质量对比
激光加工系统的构成
循环水冷系统
激光 器控 制器
激光器
气体供给系统
光束传输及聚焦
CNC控制 工作台
CNC 控制系统
反射镜传输
CO2激光器柔性臂式光束传输系统基本原理
光纤传输
光纤传输基本原理
CCD 耦合单元 α 光纤 f1 f2 校准模块
功率：1.3kW 焦距：150mm
材料：齿轮钢 深度：1.5mm 速度：5.5m/min
功率：2kW 焦距：150mm
材料：不锈钢 深度：1.5mm 速度：7m/min
功率：3.5kW 焦距：200mm
材料：不锈钢 深度：1.1mm 速度：8m/min
激光焊接汽车组合齿轮
激光焊接不锈钢传感器
YAG激光器的应用
激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、 规则有序的大振幅光波。
激光束特征描述及光束传播定义
一、光束的模式