大族激光焊接工艺.pdf

大族激光焊接工艺 1.激光焊接概述 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，大族激光激 光焊接机主要分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两种。脉冲激光主要 用于 1 m m 厚度以内薄壁金属材料的点焊和缝焊，其焊接过程属于热 传导型，即激光辐射加热工件表面，再通过热传导向材料内部扩散， 通过控制激光脉冲的波形，宽度，峰值功率和重复频率等参数，使工 件之间形成良好的连接。在 3 C 产品外壳、锂电池，电子元器件、模 具补焊等行业有着大量的应用。脉冲激光焊接最大的优点是工件整体 很小，热影响范围小，工件变形小。连续激光焊接大部分都是高功率 激光器，功率在 5 0 0 瓦以上，一般 1 m m 以上的板材都应该使用这 种激光器。其焊接机理是基于小孔效应的深熔焊，深宽比大，可达到 5 ︰1 以上，焊接速度快，热变形小。在机械、汽车、船舶等行业有 着广泛的应用。还有一部分小功率连续激光器，功率在几十到几百瓦 之间，它们在塑料焊接及激光钎焊这些行业使用得比较多 2.激光器工作原理： 2.1 YAG 激光器的工作原理： 激光电源首先把脉冲氙灯点着，通过激光电源对氙灯脉冲放电， 形成一定频率，一定脉宽的光波，该光波经过聚光腔辐射到 Nd 3+： YAG 激光晶体上，激发 Nd 3+:YAG 激光晶体发光，再经过激光谐振腔 谐振之后，发出波长为 1064n 脉冲激光，该脉冲激光经过扩束、反射、 (或经光纤传输)聚焦后打在所要焊接的物体上；在 PLC 或工业 PC 机的 控制下，移动数控工作台，从而完成焊接。焊接时所需要的脉冲激光 的频率、脉宽、波形、工作台速度、移动方向均可用单片机、PLC 或 工业 PC 机来控制，通过对激光的频率、脉宽的不同设定可调节控制 脉冲激光的能量。 2.2 光纤激光器的工作原理： 当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被稀土离子所吸收。这 时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现 离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态， 并且释放出能量，完成受激辐射。光纤激光器产生的激光通过光纤输 出，并与配套的工作台配合，完成相应的焊接。光纤激光器分为脉冲 光纤激光器和连续光纤激光器。其中，脉冲光纤激光器可通过激光的 峰值功率、频率、脉宽的设定来调节激光脉冲单点能量；连续光纤激 光器则通过设定平均激光功率来调节输出激光功率。半导体激光器的 工作原理：通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带） 之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现 非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空 穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器产生的激光也可通过 光纤输出进行焊接。 3. 激光焊接特点： 大族激光激光焊接是一种新型的焊接方式，激光焊接主要针对薄 壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等， 其特点有：具有高的深宽比，焊缝宽度小，热影响区小，变形小，焊 接速度快。焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理工序。焊 缝质量高，无气孔，可减少和优化母材杂质，组织焊后可细化，焊缝 强度、韧性至少相当于甚至超过母材金属。可精确控制，聚焦光点小， 可高精度定位，易实现自动化。可实现某些异种材料间的焊接。激光 焊接具有很多优点。激光焊接可以将热量降到最低的需要量，热影响 区金相变化范围小，而且因热传导所导致的变形也很低；不需使用电 极，没有电极污染或受损的顾虑；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的距离，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作用； 工件可放置在封闭的空间内，激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小 型或间隔相近的部件。另外激光焊接可焊材质的种类范围很大，可以 相互接合各种异质材料，并且易于以自动化进行高速焊接，也可以数 位或电脑控制；用激光焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接容易 有回熔的困扰，而且激光焊接不受磁场所影响，能精确地对准焊件。 激光焊接也有一些缺点，主要表现在以下几个方面。一是焊件位置需 非常精确，务必在激光束的聚焦范围内；二是焊件需使用夹具时，必 须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准；三是最大可焊 厚度受到限制，渗透厚度远超过 19mm 的工件在生产线上不适合使用 激光焊接。四是当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离 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。最后， 能量转换效率太低，通常小于 10%焊道快速凝固，可能有气孔及