激光焊接原理讲解Word文件下载.docx

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1。

5、可进行微型焊接。

激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。

尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。

7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

但是，激光焊接也存在着一定的局限性：

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。

四、激光焊接工艺方法。

1、片与片间的焊接。

包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。

2、丝与丝的焊接。

包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。

3、金属丝与块状元件的焊接。

采用激光焊接可以成功的实现金属丝与块状元件的连接，块状元件的尺寸可以任意。

在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。

4、不同金属的焊接。

焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。

不同材料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。

五、激光钎焊。

有些元件的连接不宜采用激光熔焊，但可利用激光作为热源，施行软钎焊与硬钎焊，同样具有激光熔焊的优点。

采用钎焊的方式有多种，其中，激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接，尤其实用于片状元件组装技术。

采用激光软钎焊与其它方式相比有以下优点：

、由于是局部加热，元件不易产生热损伤，热影响区小，因此可在热敏元件附近施行软钎焊。

2、用非接触加热，熔化带宽，不需要任何辅助工具，可在双面印刷电路板上双面元件装备后加工。

3、重复操作稳定性好。

焊剂对焊接工具污染小，且激光照射时间和输出功率易于控制，激光钎焊成品率高。

4、激光束易于实现分光，可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件进行时间与空间分割，能实现多点同时对称焊。

5、激光钎焊多用波长1.06um的激光作为热源，可用光纤传输，因此可在常规方式不易焊接的部位进行加工，灵活性好。

6、聚焦性好，易于实现多工位装置的自动化。

六、激光深熔焊。

1、冶金过程及工艺理论。

激光深熔焊冶金物理过程与电子束焊极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。

在足够高的功率密度光束照射下，材料产生蒸发形成小孔。

这个充满蒸汽的小孔犹如一个黑体，几乎全部吸收入射光线的能量，孔腔内平衡温度达25000度左右。

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，液态金属四周即围着固体材料。

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，小孔外材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定态。

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，熔融金属填充着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。

2、影响因素。

对激光深熔焊产生影响的因素包括：

激光功率，激光束直径，材料吸收率，焊接速度，保护气体，透镜焦长，焦点位置，激光束位置，焊接起始和终止点的激光功率渐升、渐降控制。

3、激光深熔焊的特征及优点。

特征：

（1）高的深宽比。

因为熔融金属围着圆柱形高温蒸汽腔体形成并延伸向工件，焊缝就变得深而窄。

（2）最小热输入。

因为源腔温度很高，熔化过程发生得极快，输入工件热量极低，热变形和热影响区很小。

（3）高致密性。

因为充满高温蒸汽的小孔有利于熔接熔池搅拌和气体逸出，导致生成无气孔熔透焊接。

焊后高的冷却速度又易使焊缝组织微细化。

（4）强固焊缝。

（5）精确控制。

（6）非接触，大气焊接过程。

优点：

（1）由于聚焦激光束比常规方法具有高得多的功率密度，导致焊接速度快，热影响区和变形都较小，还可以焊接钛、石英等难焊材料。

（2）因为光束容易传输和控制，又不需要经常更换焊炬、喷嘴，显著减少停机辅助时间，所以有荷系数和生产效率都高。

（3）由于纯化作用和高的冷却速度，焊缝强，综合性能高。

（4）由于平衡热输入低，加工精度高，可减少再加工费用。

另外，激光焊接的动转费用也比较低，可以降低生产成本。

（5）容易实现自动化，对光束强度与精细定位能进行有效的控制。

4、激光深熔焊设备。

激光深熔焊通常选用连续波CO2激光器，这类激光器能维持足够高的输出功率，产生“小孔”效应，熔透整个工件截面，形成强韧的焊接接头。

就激光器本身而言，它只是一个能产生可作为热源、方向性好的平行光束的装置。

如果把它导向和有效处理后射向工件，其输入功率就具有强的相容性，使之能更好的适应自动化过程。

为了有效实施焊接，激光器和其他一些必要的光学、机械以及控制部件一起共同组成一个大的焊接系统。

这个系统包括激光器、光束传输组件、工件的装卸和移动装置，还有控制装置。

这个系统可以是仅由操作者简单地手工搬运和固定工件，也可以是包括工件能自动的装、卸、固定、焊接、检验。

这个系统的设计和实施的总要求是可获得满意的焊接质量和高的生产效率。

七、钢铁材料的激光焊接。

1、碳钢及普通合金钢的激光焊接。

总的说，碳钢激光焊接效果良好，其焊接质量取决于杂质含量。

就象其它焊接工艺一样，硫和磷是产生焊接裂纹的敏感因素。

为了获得满意的焊接质量，碳含量超过0.25%时需要预热。

当不同含碳量的钢相互焊接时，焊炬可稍偏向低碳材料一边，以确保接头质量。

低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高，并不适合激光焊接。

低碳镇静钢由于低的杂质含量，焊接效果就很好。

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。

2、不锈钢的激光焊接。

一般的情况下，不锈钢激光焊接比常规焊接更易于获得优质接头。

由于高的焊接速度热影响区很小，敏化不成为重要问题。

与碳钢相比，不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。

3、不同金属之间的激光焊接。

激光焊接极高的冷却速度和很小的热影响区，为许多不同金属焊接融化后有不同结构的材料相容创造了有利条件。

现已证明以下金属可以顺利进行激光深熔焊接：

不锈钢~低碳钢，416不锈钢~310不锈钢，347不锈钢~HASTALLY镍合金，镍电极~冷锻钢，不同镍含量的双金属带。

激光焊接技术原理：

激光焊接是把能量密度很高的激光束照射到工件上，使工件受热熔化，然后冷却得到焊缝。

激光焊接技术特点：

激光焊接具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同或不同材质、厚度的金属间的焊接，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。

激光束可以被聚得很细，光斑能量密度很高，几乎可以气化所有的材料，有广泛的适用性；

激光功率可控，易于实现自动化；

激光束功率密度很高，焊缝熔深大，速度快，效率高；

激光焊缝窄，热影响区很小，工件变形很小，可实现精密焊接；

激光焊缝组织均匀，晶粒很小，气孔少，夹杂缺陷少，在机械性能、抗蚀性能和电磁学性能上优于常规焊接方法。

激光－电弧复合是激光焊接的主要手段，通过激光与电弧的相互影响，产生良好的复合效应。

深熔焊接时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；

可提高加工效率；

可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；

可增加焊接的稳定性和可靠性。

激光焊接技术应用：

铝质车身数量的增长，将加速激光焊接在汽车制造中的应用。

奥迪公司A2型轿车全铝车身采用激光焊接的部件，其焊缝总长达30m。

铝材料使用激光焊的主要优点是：

焊接速度快。

与传统的车身点焊技术相比，经激光焊接的部位，其强度和刚性更好。

此外，激光焊可省掉焊接凸缘，这无疑可减少材料消耗，有利于汽车自身重量的下降。

激光焊既可使铝薄板与铝薄板（件）之间实现联接，亦可使铝薄板（件）与铝铸件相联接。

另一种应用就是对塑料件进行激光束透射焊接。

如将一种透明的塑料件与另一种带有吸附充填材料的塑料件相联接。

激光束穿透上部透明的塑料件，使下部连接件瞬间熔化，通过熔化膨胀将上部件湿润并局部熔化，上下零件焊接在一起。

BLZ开发出一种安全气囊控制装置的（塑料）外壳激光束透射焊接技术，采用的是二极管激光器，与传统的焊接技术相比，不仅工艺过程柔性高，而且电子部件也很少受到焊接过程产生的机械和热损害。

最近，德国弗朗霍夫学会德累斯顿材料及射束工艺研究所研发出一种感应辅助式激光束焊接新工艺，伟世通公司已将之应用于福特公司轿车驱动轴的焊接（这种驱动轴目前的年产量为45万件），此轴的材料为C38／26Mn5组合式材料。

采用感应辅助式激光束焊接，不仅工件变形小，而且减少了后序的加工工作量

激光基本原理

LASER是什么意思

LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation（通过诱导放出实现光能增幅的英语缩写。

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。

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、滋光的主要特长

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（彼长、频率）

b、方向性―橄光传播时基本不向外扩散。

c、相千性－－徽光的位相（波峰和波谷）很有规律，相干性好。

d、高输出功率一用透镜聚焦激光后，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