激光焊接技术及焊接机器人简介

(4) 离焦量。对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离做文 章一，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问分汽化，形成市压蒸 汽，并以极高的速度喷射，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。
激光焊接的主要缺点
（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。 （2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需
与激光束将冲击的焊点对准。 （3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工
件，生产线上不适合使用激光焊接。 （4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊
接性会受激光所改变。 （5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等
2、激光焊接技术的进展
在这里分两部分进行分析： 1）激光技术 2）激光焊接过程监测与质量控制
激光的产生原理及特性
三要素：激励源，介质，谐振 腔。介质受到激发至高能量状 态，由于受激吸收跃迁光在两 端镜间来回反射，将光波放大， 并获得足够能量而开始发射出 激光。
激光的四性：单色性、相干性、 方向性、高亮度
(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。
激光焊接的工艺参数
(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。
离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的 再出现。 （6）能量转换效率太低，通常低于10%。 （7）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。 （8）设备昂贵。
激光焊接的工艺参数
Hale Waihona Puke Baidu
激光焊接的工艺参数
对于一般激光焊接的工艺参数：
(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。
因而高度集中的激光可以提供 焊接、切割及热处理等功能
激光焊接特性
激光焊接属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。 激光束可由平面光学元件（如镜子）导引，随后再以反射聚焦元件或
镜片将光束投射在焊缝上。 激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以
防熔池氧化，填料金属偶有使用。
由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊 接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来 正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应 用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电 设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。
虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵， 一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国 的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现 自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。
激光焊接的工艺参数
对于激光深熔焊接的主要工艺参数：
1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔 深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的 激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志 着稳定深熔焊的进行。
（7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。 （8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控
制。 （9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回
熔的困扰。 （10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），
能精确的对准焊件。 （11）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属 （12）不需真空，亦不需做X射线防护。 （13）若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1 （14）可以切换装置将激光束传送至多个工作站。
激光焊接技术及激光焊接机 器人简介
摘要
各种焊接技术及其优缺点 激光焊接技术 激光焊接的优缺点 激光焊接的工艺参数 激光焊接的发展 激光焊接的应用举例 激光焊接机器人
各种焊接技术及其优缺点
激光焊接技术
---------基本工作原理
1.引言
激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究， 从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在 工业生产中的大量的应用，经历了近40年的发展。
（4）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放 置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间 再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。
（5）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环 境在控制下）。
（6）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相 近的部件。
激光焊接的主要优点
激光焊接示意图
激光焊接的优缺点
激光焊接的主要优点
（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化 范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。
（2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格， 可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。
（3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因 不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。