激光焊接设备介绍

此对焊接机床，尤其是夹具提出了很高的要求。对于某些应用场
合，焊接机床（夹具）是整个激光焊接系统最重要的部分，直接 决定了系统的好坏。 • 1.边部处理精度（激光切割、精剪）； • 2.拼缝精度和间隙控制； • 3.焊缝与激光轨迹的偏差； • 4.错边。
四、典型加工系统
金刚石工具三工位激光焊接系统
透射镜材料（续）
砷化镓（GaAs）
吸收率高，导热性能好，热膨胀系
数小，因此对抗过热性能明显优于ZnSe ，对可见光不透明。常用于窗口镜、聚
焦镜。
透射镜材料（续）
锗（Ge） 价格便宜，但吸收率较高，对可见光不透 明，常用于尾镜取样。 绿化钾（KCL） 吸收率很低，价格低廉，但极易潮解，须
3.3 镜片选用
（1）激光器谐振腔镜片
（2）透射式聚焦镜
适用范围及优缺点： 一般功率为2kW以下。 污染后不宜擦洗 热透镜效应严重 不能承受高功率 光束不能对中时，聚焦效果较好。
透射式聚焦镜（续）
分类及特点：
平凸、月牙形、非球面和衍 射光学系统。 平凸结构最简单，加工方便 ，聚焦光斑较大；
Hale Waihona Puke BaiduO2气体激光器
固体激光器
二、光路系统
透射式聚焦系统
透射聚式焦镜成本低、入射 光束易于调整、允许光束 有小偏移，但易产生热透 镜效应，污染后不易擦洗， 使用受命短，常用在激光 功率较低的激光加工系统 中，其中制造简单的平－ 凸透射聚焦镜最为常用
水冷套 聚焦透镜 垫圈 喷嘴套 大喷嘴 小喷嘴
• 反射式聚焦镜能承受高功率密度的激光, 热透镜效应少，稳定性高，镜片可擦洗 ，使用寿命长，一般用于较高功率水平 和苛刻环境下，其中最常用抛物面反射 聚焦镜， • 抛物面反射聚焦镜是最难调整的反射镜 之一，入射光束轻微的偏移将导致聚焦 功率密度急剧下降。
2.1 镜片材料
（一）反射镜材料
无氧铜（OFHC） 导热性好；但铜很软不易进行光学抛光 和擦细。一般金刚石超精车加工或抛光后 镀金、镀钼、镀介质膜；铜反射镜镀金膜
机械加工。
反射镜材料（续）
锗 与硅一样具有良好的抛光性。是CO2激
光的透射材料。作为反射镜材料，仅用来
代替谐振腔的全反射镜。镀介质膜可反射
99%的激光，剩余1%的激光透过锗基体，
被光-电器件接收，以连续监测激光器功率
。
（二）透射镜材料
硒化锌（ZnSe）
吸收率低，导热性能差，热膨胀系数高；
可通过指示红光，调光非常方便。如果镀膜 吸收率很低，并且能保持没有灰尘，则ZnSe 是最好的材料。但如果膜层吸收率高或环境 中尘埃较多、则ZnSe易受过热影响，变形， 常用于输出镜。
德国飞羽公司的LSM212自动焊 接机
汽车安全气囊激光焊接
汽车板拼焊工作台
，反射率98%以上。
反射镜材料（续）
钼（MO） 钼镜的反射率较低（<96%），但硬度 高，可擦拭而不留擦痕，不粘金属溅射 物，故较宜用在易受污染的部位，如聚 焦镜。
反射镜材料（续）
硅
导热系数相当高，热膨胀系数很小（铜 的15%）。热稳定性比铜好，镜面更不易受 热变形。较高的硬度、稳定的化学性质和 良好的抛光性能，价格中等。但脆，不宜
反射聚焦镜（续）
分类及特点
球面：寿命长，价格低，修复方便。聚焦效果差，用于
功率密度要求不高的场合。
抛物面：价格高，修复困难，超精车加工，聚焦效果很 好。但最难调整，轻微偏差导致聚焦效果迅速下降。
积分镜：把激光束变成能量均匀分布的矩 形光斑，适用于材料的表面处理。
（4）平面反射镜
用于外光路光束传输和反射。
激光焊接装备
(GDLASER-光大激光)
• • • •
1.激光器 2.光路系统 3.焊接机床 4.常用加工系统
激光焊接装备
一、焊接用大功率激光器
气体激光器:
• CO2气体激光器 固体激光器: • Nd:YAG激光器（棒状） （弧光灯泵浦；激光二极管泵浦） • 光纤激光器 Fiber Laser • 碟形激光器 Disk Laser • 半导体阵列激光器 Direct Diode Laser
镀防潮膜。
2.2 镀膜
（1）作用
反射膜
提高反射率（金、银），提高寿命（钼、铬
）
增透膜
防止界面反射，提高透过率。用表面光学薄 膜消除光学元件的表面反射。
（2）常见膜层代号
30%~99.7%反射百分比 AR-增透膜 Anti-reflective HG硬金膜 MO钼膜 EG-增强金膜 Enhanced Gold ES-增强银膜 Enhanced Silver PS-保护银膜 Protected Silver UC-不镀膜 Uncoated
月牙形加工较复杂，较小球
差，聚焦光斑较小。 非球面结构最为复杂，加工
复杂，可彻底消除球差，聚
焦光斑最小。
（3）反射聚焦镜
适用范围及优缺点： 虽然吸收率与透镜差不多（~1%），但导 热系数高，且通水冷却，适用于2kW以上 。 镜面稳定，热畸变小，破坏阈值高。 可擦洗、热稳定性高、不会炸裂等优点。
（5）斜面反射镜
一般与反射聚焦镜匹配使用。
（6）屋脊反射分焦镜
实际的焊接越来越多地采用双焦技术，即把焦斑分成两个等
效的部分，各有发挥50%的总能力。 两个靠的很近的焦点通常是沿着焊缝两边排列。能够显著地 提高裂缝焊接时的安全性，焊接质量高。
三、焊接机床
• 由于激光焦点非常细小，一般要求拼缝间隙小于板厚的15％，因