激光焊接应用讲解.pdf

激光焊接应用 一、激光焊接的主要特性。 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。 20 世纪 70 年代主要用于焊接薄壁材料和 低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩 散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的 熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率 CO2及高功率 YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论 基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2 、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会 偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行 焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4 、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达 5 ： 1，最高可达 10： 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： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后 光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很 容易造成焊接缺憾。 2 、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成 焊接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要 转化为金属熔化，而以其它形式表现出来，如汽化、等离子体形成等。然而，要实现良好的熔 融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此，必须了解激光与金属相互作用中所 产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系，从而通过控制激光参数，使激光能 量绝大部分转化为金属熔化的能量，达到焊接的目的。 三、激光焊接的工艺参数。 1、功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即 可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有 利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点， 易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在 104~106W/CM2。 2 、激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射 至材料表面，金属表面将会有 60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。 在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决 定加工设备造价及体积的关键参数。 4 、离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成 孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。 离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光 学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，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