材料成形装备及自动化-教学课件-ppt-作者-樊自田-第4章(4).pptx

精品课程 材料成形装备及自动化 第四章 （4.4-4.5） 华中科技大学材料科学与工程学院 School of Material Science and Technology ， HUST 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 4.4 激光焊接设备 激光焊(Laser Welding)是利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接的 一种高效精密的焊接方法。因而激光焊在汽车、钢铁、船舶、航空、轻工 等行业得到了日益广泛的应用，特别是随着航空航天、微电子、医疗及核 工业等行业的新材料及特殊结构的出现，更显出激光焊的优越性和重要作 用。 第四章 金属连接成形设备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 4.4.1 激光焊原理及分类 1.激光焊接的原理 激光焊接时，激光照射到被焊材料的表面，与其发生作用，一部 分被反射，一部分进入材料内部。激光在金属表面0.01～0.1µm的厚 度中被吸收转变成热能，导致金属表面温度升高，再传向金属内部。 如果被焊金属有良好的导热性能，则会得到较大的熔深。 激光光波入射材料时，材料中的带电粒子依着光波电矢量的步调 振动，使光子的幅射能变成了电子的动能。经过一定过程再转化为热 能。同时，光子在轰击金属表面时还伴随着产生强烈的金属蒸气，而 可减少激光能量的反射。 第四章 金属连接成形设备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 （2）激光焊分类 激光焊通常按激光对工件的作用方式以及作用在工件上功率密度进 行分类。按照激光发生器工作性质的不同，激光有固体、半导体、液体、 气体激光之分。根据激光对工件的作用方式和激光器输出能量的不同， 激光焊可分为连续激光焊和脉冲激光焊。按激光聚焦后光斑作用在工件 上功率密度的不同，激光焊可分为传热焊（功率密度小于105W/cm3）和 深熔焊（锁孔焊）。 第四章 金属连接成形设备及自动化 4.4.1 激光焊原理及分类 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 表4-7 焊接用激光器的特点 激光器 波长 /μ m 工作方 式 重复频 率/Hz 输出功率或能 量范围 主要用途 红宝石激光器 0.694 3 脉冲 0~1 1~100J 点焊、打孔 钕玻璃激光器 YAG激光器 1.06 1.06 脉冲 脉冲/ 连续 0~1/10 0~400 1~100J 1~100J/ 0~2kW 点焊、打孔 点焊、打孔 焊接、切割、 表面处理 封闭式CO2激光 器 10.6 连续 - 0~1kW 焊接、切割、 表面处理 横流式CO2激光 器 10.6 连续 - 0~25kW 焊接、表面处 理 快速轴流式CO2 精 激光 课 程 品 器 10.6 连续/ 脉冲 0~5000 0~6kW 焊接、切割 第四章 金属连接成形设备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 4.4.2 固体激光焊接机 固体激光器中最常用的是红宝石、钕玻璃（即掺Nd3+玻璃）和掺钕 钇铝石榴石（Nd3+：Y3Al5O12,简称Nd：YAG）。 固体激光焊接机主要包括固体激光器、导光装置和数控工作台等 部分组成。 （1）Nd：YAG激光器 激光器由Nd：YAG棒、聚光器、泵灯（脉冲氙灯）和电源等部分 组成，如图4-69所示。 （2）导光装置 导光装置也可称为光学系统,它包括激光束的传播、聚焦系统和观察系 统。如图4-70所示 第四章 金属连接成形设备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 1-全反射镜 2-Nd：YAG棒 3-聚光器 4-部分反射镜 5-激光 6-泵灯 7-触发电路 8-贮能电容 9-高压充电电源 4.4.2 固体激光焊接机 图4-69 Nd：YAG激光器结构原理图 第四章 金属连接成形设备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 图4-70 Nd：YAG激光器的光路系统示意图 4.4.2 固体激光焊接机 第四章 金属连接成形设备及自动化 华中科技大学材料科学与工程学院 EAMP 材料成形装备及自动化 精 品 课 程 激光束的传播、聚焦系统负责把激光传输到焊件上，同时起到光束变 换作用。这个系统由反射镜、透射镜和光纤等光学元件组成。 1）反射镜 反射镜有普通反射镜和聚焦反射镜二种。前者的镜面 （辐射面）一般为平面，起变换激光传输路线的作用；后者的