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史上最全激光焊接技术原理知识

现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子

束、摩擦和超声波等。

今天给大家介绍关于激光焊接内容。

激光焊接技术原理知识

激光焊接可以采用脉冲或连续激光束加以实现；

激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。

热导焊：

激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工

件熔化，形成特定的熔池。

其特点：

激光功率为105w/cm2左右，焊缝深度小于2.5mm，焊缝的深

宽比最大为3：1。

图1）热导焊基本原理

深熔焊：

一般采用连续激光光束完成材料的连接.

即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的.

激光照射,材料产生蒸发并形成小孔,吸收全部的入射光束能量,温度

达25000C左右,使包围着这个孔腔四周的金属熔化.

其特点：

采用的功率密度在106～107w/cm2之间，焊缝的深宽比最大可

达12：1，目前最大焊接深度可以达到51mm。

图2）熔深焊技术原理

说到这里相信大家都有疑问，说激光是怎么产生的？

工作设备（产生激光）：

由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。

介质受到激发至高能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜

间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而

开始发射出激光。

图3）激光焊接设备组成

激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源

转换成某些特定光频（紫外光、可见光或红外光）的电磁辐射束的一

种设备。

图4）激光焊接设备简易图

激光分类

焊接用有两种激光：

CO2激光和Nd:YAG激光

特点：

都是肉眼不可见红外光。

红外光，又叫红外线，是波长比可见光要长的电磁波（光），波

长为770纳米到1毫米之间。

CO2激光：

属于远红外光，波长为10.6Lm,大部分金属对这种光的反射率达

到80%~90%,需要特别的光镜把光束聚焦成直径为0.75-0.1mm。

功率可轻易达到20000W甚至更大。

大功率的CO2激光通过小孔效应来解决高反射率的问题。CO2激

光大功率焊接时,常使用不产生等离子体的氦气作为保护气体。

CO2激光是目前工业应用最广泛的激光器。

图5）CO2激光器的一般结构

Nd:YAG激光：

属于近红外光。波长为1.06Lm,热导体对这种波长的光吸收率较

高,对于大部分金属,它的反射率为20%~30%。

只要使用标准的光镜就能使近红外波段的光束聚焦为直径0.25

mm。

功率一般能达到4000~6000W左右,现在最大功率已达到10

000W。

Nd:YAG激光优点在于产生的光束可以通过光纤传送，因此可以

省去复杂的光束传送系统。

工艺参数

工艺参数：

1）激光功率密度

是激光焊接的一个关键参数，对于同一种金属来说，激光功率密

度不同时材料达到熔点和沸点的时间不同。

图6

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，

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，激光脉冲开始作用时反射率高，当材料表面温度升至

熔点时，反射率迅速下降，