激光焊接工藝簡介

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1、激光焊接技術資料激光焊接工藝簡介一、激光焊接原理激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實現(xiàn)，激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104-105W/cm2為熱傳導焊，此時熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105-107W/cm2時，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點?！　醾鲗图す夂附釉頌椋杭す廨椛浼訜岽庸け砻妫砻鏌崃客ㄟ^熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等激光參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池?！　∮糜邶X輪焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接機主要涉及激光深熔焊接。下面重點介紹激光

2、深熔焊接的原理?！　〖す馍钊酆附右话悴捎眠B續(xù)激光光束完成材料的連接，其冶金物理過程與電子束焊接極為相似，即能量轉換機制是通過“小孔”（Key-hole）結構來完成的。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產生蒸發(fā)并形成小孔。這個充滿蒸氣的小孔猶如一個黑體，幾乎吸收全部的入射光束能量，孔腔內平衡溫度達2500℃左右，熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來，使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化。小孔內充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬，液態(tài)金屬四周包圍著固體材料（而在大多數(shù)常規(guī)焊接過程和激光傳導焊接中，能量首先沉積于工件表面，然后靠傳遞輸送到內部）?？妆谕?/p>

3、液體流動和壁層表面張力與孔腔內連續(xù)產生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。光束不斷進入小孔，小孔外的材料在連續(xù)流動，隨著光束移動，小孔始終處于流動的穩(wěn)定狀態(tài)。就是說，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動，熔融金屬充填著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。上述過程的所有這一切發(fā)生得如此快，使焊接速度很容易達到每分鐘數(shù)米?！　《⒓す馍钊酆附拥闹饕に噮?shù)　?。?)激光功率。激光焊接中存在一個激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦達到或超過此值，熔深會大幅度提高。只有當工件上的激光功率密度超過閾值（與材料有關），等離子體才會產生，這標志著穩(wěn)定深熔焊

4、的進行。如果激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生表面熔化，也即焊接以穩(wěn)定熱傳導型進行。而當激光功率密度處于小孔形成的臨界條件附近時，深熔焊和傳導焊交替進行，成為不穩(wěn)定焊接過程，導致熔深波動很大。激光深熔焊時，激光功率同時控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來說，對一定直徑的激光束，熔深隨著光束功率提高而增加?！　。?)光束焦斑。光束斑點大小是激光焊接的最重要變量之一，因為它決定功率密度。但對高功率激光來說，對它的測量是一個難題，盡管已經有很多間接測量技術。共5頁第5頁激光焊接技術資料　　光束焦點衍射極限光斑尺寸可以根

5、據(jù)光衍射理論計算，但由于聚焦透鏡像差的存在，實際光斑要比計算值偏大。最簡單的實測方法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過測量實踐，掌握好激光功率大小和光束作用的時間。（3)材料吸收值。材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、熱導率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。影響材料對激光光束的吸收率的因素包括兩個方面：首先是材料的電阻系數(shù)，經過對材料拋光表面的吸收率測量發(fā)現(xiàn)，材料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而變化；其次，材料的表面狀態(tài)（或者光潔度）對光束吸收率有較重要影響，從而對焊接效

6、果產生明顯作用。　　CO2激光器的輸出波長通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對它的吸收率在室溫就很高，而金屬材料在室溫時對它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至氣化，它的吸收才急劇增加。采用表面涂層或表面生成氧化膜的方法，提高材料對光束的吸收很有效?！　。?)焊接速度。焊接速度對熔深影響較大，提高速度會使熔深變淺，但速度過低又會導致材料過度熔化、工件焊穿。所以，對一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一個合適的焊接速度范圍，并在其中相應速度值時可獲得最大熔深?！　。?)保護氣體。激光焊接過程常使用惰性氣體來保護熔池，當某些材料焊接可不計較表面氧化時則也可不考慮

7、保護，但對大多數(shù)應用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護，使工件在焊接過程中免受氧化。　　氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順利通過，光束能量不受阻礙地直達工件表面。這是激光焊接時使用最有效的保護氣體，但價格比較貴。　　氬氣比較便宜，密度較大，所以保護效果較好。但它易受高溫金屬等離子體電離，結果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有效激光功率，也損害焊接速度與熔深。使用氬氣保護的焊件表面要比使用氦氣保護時來得光滑。　　氮氣作為保護氣體最便宜，但對某些類型不銹鋼焊接時并不適用，主要是由于冶金學方面問題，如吸收，有時會在搭接區(qū)產生氣孔。