激光焊接设备及工艺讲义2.docVIP

2.2 激光焊接工艺方法 2.2.1 片与片间的焊接 （1）对焊 两金属片齐缝放置，激光同时照射两片金属端部使之熔化并熔融一起形成焊缝（a）。 该焊接方式要求焊缝间隙小（小于熔深的15%），高度差小（小于熔深的25%）， 否则易沿焊缝方向产生裂纹。 图6 片与片的焊接方式 （2）端焊 两片金属搭接，激光同时照射上片端部和下片搭接处，在金属的交界处形成熔池（b）。 该焊接方式对工件加工尺寸精度要求较低，较易实现，气米性缝焊中应用较多。一般应将薄片置于上方，其间隙应小于25%；若厚片在上，可将厚片导角45o~60o。 （3）中心穿透熔化焊 两片金属重叠放置，激光通过照射上片向下及下片传递能量，形成熔池（c）。 应尽量以薄片为上层材料，以减小所需激光功率；如必须以厚件为上层材料，需适当提高激光功率密度，出现一定量的汽化，但应避免飞溅。 （4）中心穿孔熔化焊 此法类似中心穿透熔化焊，只是采用更高的激光功率密度，激光作用初期使材料加热中心汽化形成一定深度小孔，激光作用中、后期直接照射材料深处（d）。 该方法只适合于厚件为上层材料的点焊，不适合于在气密性缝焊中采用。 2.2.2 丝与丝的焊接 对于0.01~0.1mm的细丝，采用普通焊接方法难度较大，激光点焊具有独特的优越性。 （1）丝与丝对焊 丝与丝对焊时，由于热量只沿丝的方向传导，需严格控制激光参数，丝越细对激光设备的稳定性要求越高。 细丝对焊中，对装配间隙要求甚高，往往难以满足要求，一般采用45o截面对接（增加接触面）和使端部先熔成小球再对接的方法。否则会使接头变细而降低强度。焊接时，光斑应覆盖细丝端头，且能量分部均匀；直径不同的细丝对接， 光斑直径要远大于细丝且中心偏向粗丝（a，b）。 图7 丝与丝的焊接方式 （2）交叉焊 两金属丝成十字交叉，激光直接作用交叉点，使两丝同时熔化。若两丝直径不同，较细丝应置于上层（c）。 （3）平行搭接焊 该方法类似于片与片的端焊，两丝平行搭接，激光同时照射搭接处，使两丝同时熔化。为保证强度，可适当增加搭接长度，多焊几点（d）。 （4）T形焊 该方法类似于交叉焊，可将两丝置成T型或Z型。如两丝直径相差悬殊，可将细丝缠绕于粗丝上；两丝直径相差5倍以上且细丝很细，可用激光在粗丝上打孔，将细丝从小孔穿出，并将细丝端部球化，最后将细丝球部在小孔处与粗丝熔接为一体（e，f）。 2.2.3 金属丝与块状元件的焊接 金属丝与块状元件的连接根据不同情况可有多种焊接方式。 将细丝或细棒插入预先钻好的孔中最易实现焊接，所钻孔的直径仅需略大于丝的直径，且配合越紧越好，若将焊丝伸出端高出丝直径的0.3~0.5，适当增加光照强度，则可形成一半球状 帽子，显著增加连接强度。此中焊接方式，光斑 图8 丝与块的焊接方式 应大于焊丝直径（a）。 当丝与块状元件T型连接时，需根据金属丝的直径，在连接处周围对称焊两点或多点（b）。 丝与块状元件亦可进行端焊连接，可用单点或多点连接（c，d，e）。金属丝置于平板元件的小槽或凹口内，激光斑点大于焊丝直径时焊接效果好（f）。 2.2.4 不同金属的焊接 焊接不同类型的金属材料首先要解决可焊性与可焊参数范围问题。与一般的熔化焊方法相比，激光焊加热速度快，熔化区小，焊缝结晶速度快，可焊接异种金属的组合要多得多。 若两种材料的熔、沸点相近，则一般能形成牢固连接激光焊接的参数范围较大，熔合区可形成良好的合金结构。设金属A的熔点和沸点为A熔和A沸，金属B的熔点和沸点为B熔和B沸，若B沸A熔B熔、A沸B沸A熔，则金属表面温度可在A熔与B沸之间调 节。A熔与B沸之间差距越大，激光焊接参数 图9 两种金属熔、沸点示意图 范围越大。否则，当一种金属熔点比另一种金属的沸点还高，即A熔B沸B熔时，则两种金属形成牢固熔焊的范围很窄，甚至不可能。此情况下采用激光焊接，可用另一种金属材料作为过渡层，过渡层材料的熔、沸点应尽量与两种金属材料匹配。 3．激光深熔焊 3.1 冶金过程及工艺理论 激光深熔焊是利用激光作用材料产生的“小孔效应”实现焊接。足够高的激光功率密度作用在金属材料的表面，导致材料产生强烈蒸发，通过高压蒸气的作用，激光束对材料产生挖掘效应，最后形成小孔。小孔犹如一个黑体，入射激光能量几乎被其全部吸收，通过小孔内壁吸收的热量向四周传递，小孔四壁包围着熔融金属。小孔内壁液层的表面张力与蒸气压力形成动态平衡，同时小孔随着光束移动，始终处于流动的稳定态。熔化金属连续填充小孔离开后留下的空隙并随之凝固，最后形成焊缝。 3.2 影响因素 3.2.1 激光功率 激光功率同时控制熔透深度与焊接速度，激光功率高则熔深增大并可提高焊接速度。对产生一定焊接熔深的激光功率一般存在一个临界值，小于这个值时熔深会急剧减小。对于一特定厚度