激光焊接机工艺培训

上面的波形都是针对点 焊来说的，而缝焊时一 般采用一个方波即可。 如右图所示： 对于一些容易裂纹的材 料，则需要在波形上加 一段预热和一段缓冷的 时间，如右图所示：
100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 0.5 1 1.5 2 2.5

100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
100% 80% 60% 40% 20% 0% 0
气化
温度太低
2 4 6 8 10 12
波形的影响

一般的，如果不考虑反射率的变化，要维持材 料的表面温度不变，则注入能量随时间的变化 大概如下图所示：
100% 80% 60% 40% 20% 0% 0 2 4 6 8 10 12
考虑反射率
波形的影响
几种常用波形介绍

模具补焊波形：
几种常用波形介绍

功率密度的影响

1、功率密度直接影响表面材料的温升时间， 功率密度越大，温度升得越快。拿不锈钢来 说，当注入功率密度在3.5×104W/cm2的时 候，材料表面会在1ms内被加热到熔点1500 度，而注入功率在6.3×104W/cm2时，材料 表面会在1ms内被加热到沸点2700度。根据 这个资料，我们可以算出来对应WF200， SI600的光纤，100对100的镜头，使不锈 钢表面在1ms内升温到1500度约为20A，升 到2700度约为29A。


激光波形解释
脉宽＝5ms 频率＝1000/20=50Hz
峰值功率＝1KW
平均功率＝1×5÷20＝250W 1
在脉冲激光焊中用到的一些名词

激光功率密度：单位面积内的激光功率。等于激 光峰值功率除以光斑面积。用于焊接一般是 104W/cm2 ～105W/cm2级别。

激光脉冲能量：指单个脉冲所输出的能量。由储 能电容容量、电压和氙灯决定。这是一个重要的 指标，在点焊的时候，单点能量的稳定性对焊接 的质量影响很大。
一、吸收率的影响 二、功率密度的影响 三、波形的影响 四、脉宽的影响 五、离焦量的影响 六、聚焦透镜焦距的影响 七、焊接材料移动速度与出光频率
吸收率的影响
1、波长越短，吸收率越高； 2、一般导电性好的材料，反射率都很高； 对YAG激光来说，银的反射率是96％，铝是 92％，铜90％，铂89％，而铁只有60％。 3、温度越高，吸收率越高，呈线性关系。 4、表面涂层的影响，一般涂磷酸盐、碳黑、 石墨等以提高吸收率。
连续穿透焊的一般工艺控制




单点如果背面可以看到轻微变色的痕迹，那 么在连续焊接的时候可以做到比较好的穿透 焊结； 如果背面看到明显的痕迹，甚至可以感觉到 已经穿透，那么，在连续焊接的时候会飞溅， 甚至出现一条深坑。 具体的要根据实际样品调整焦距和能量大小 以及波形 越薄的材料，所需要的光斑越小，否则就会 出现焊穿的情况。
离焦量的影响




1、激光焦点并不等于聚焦镜的焦点。 2、离焦量＝聚焦镜和工件间的距离－焦 距，为负值时就是负离焦，为正值就是正 离焦。 3、离焦量相同时，负离焦可以获得更大 的熔深，正离焦会得到更好的表面效果。 4、离焦量为0时，焊接对高度最不敏感。 5、采用何种离焦方式，要视具体情况而 定。
预热
缓冷
脉宽的影响




1、设注入功率为I0时，需要时间t0后表面温度达 到T，熔深为h0，功率为I1时需要时间为t1，熔深 为h1，则有: I0 /I1=(t1 / t0)1/2 h1 /h0=(t1 / t0)1/2 2、达到同样的熔深，有两种方式：增Hale Waihona Puke Baidu功率密 度和增加脉宽，增加功率密度可以让输入能量降 低，增加脉宽可以让焊接更加稳定。 3、如热影响范围有要求，则脉宽不能太大。 4、脉宽增大到一定程度后，熔深不会再增加。
在脉冲激光焊中用到的一些名词

脉冲宽度：单个脉冲的时间。 脉冲频率：每秒钟内激光脉冲重复的次数。 点距：相邻两个焊点间的距离。点距越小，焊接 会越慢。画图时注意穿透焊和对接焊两种。



焊接速度：等于频率乘以点距。
表面对接焊点距说明
穿透焊点距说明
以下参数会对脉冲激光焊接造成影响



功率密度的影响


2、当注入功率引起的材料温度上升速度小于散 热的速度时，材料温度下降。 3、几种常用材料在1ms内升温到各温度点对应 的功率密度：
熔点 1083 660 1539 491 1800
Ic1（W/cm2）
金属 铜 铝 铁 锌 钛
沸点 2300 2062 2700 906 3200
Ic2（W/cm2）
110000 41000 87000 25000 30000
234000 130000 150000 45000 53000
不锈钢
1500
35000
2700
63000
波形的影响

由于材料在固态和液态下对激光体现出不同 的吸收率，在固态下反射率较高，而液态下 较低，这意味着如果不改变能量注入的波形， 则随着物质表面状态的变化，吸收的能量变 多，出现气化。
聚焦镜焦距的影响

从D＝fθ，得知聚焦镜焦距越小，焦点光 斑直径越小，穿透力越强，对高度也越敏 感。
在一个波形变化周期内
焊接材料移动速度与出光频率




1、激光光点相对于工件焊点的移动速度： F 2、激光焊接机激光器的出光频率：f 能量小的时候用大的速度，高的频率可以 增加产量；但是如果能量大的话可能出现 温度过高、飞溅等状况。 如果能量要求大，熔深要求很深，可以把 速度放慢，频率放低进行焊接。
概述

1、激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它 相对各种传统焊接最大的优势就是热影响 范围小，变形小，焊缝精美。

2、脉冲激光焊接一般用于点焊和中小功 率的缝焊，焊接厚度一般不大于1mm。
在脉冲激光焊中用到的一些名词

1、注入电功率：由激光电源提供给氙灯的电功 率。其值P＝23.7×I3/2。 2、激光平均功率：实际输出的激光功率，大约 等于注入电功率的2-3％。我们的机器上是几十 到几百瓦。 3、激光峰值功率：激光在实际出光时的瞬间功 率。由于我们是使用脉冲激光，激光峰值功率等 于平均功率除以占空比。在我们的机器上一般是 几个千瓦的数量级。