激光焊接教材

1、LOGO 激光焊接激光焊接 Company Logo 激光的定義激光的定義 激光是受激發(fā)射光（激光是受激發(fā)射光（Laser-Light amplification by stimulated emission of radia-tion)，是利用輻射激發(fā)光放大原理，是利用輻射激發(fā)光放大原理， 使工件物質(zhì)受激而產(chǎn)生一種單色性高、方向性好使工件物質(zhì)受激而產(chǎn)生一種單色性高、方向性好 及亮度大的光，經(jīng)透鏡或反射鏡高度聚焦后，供及亮度大的光，經(jīng)透鏡或反射鏡高度聚焦后，供 給焊接、切割或材料表面處理等所需的高功率密給焊接、切割或材料表面處理等所需的高功率密 度熱源。度熱源。 Company Logo 激光

2、加工簡(jiǎn)介激光加工簡(jiǎn)介 激光加工的一般原理激光加工的一般原理 激光加工是一種重的高能束加工方法，它是利用激光激光加工是一種重的高能束加工方法，它是利用激光 高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、單色性好高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、單色性好的特性，通過(guò)一系列的特性，通過(guò)一系列 的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束（直徑幾微米至幾 十微米），獲得極高的能量密度（十微米），獲得極高的能量密度（ ）照射）照射 到材料上，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短）到材料上，使材料在極短的時(shí)間內(nèi)（千分之幾秒甚至更短） 熔化甚至氣化，以達(dá)到加熱和去除材料的目的。熔化甚至氣

3、化，以達(dá)到加熱和去除材料的目的。 2108 w/cm1010 Company Logo 激光加工簡(jiǎn)介激光加工簡(jiǎn)介 激光加工特點(diǎn)激光加工特點(diǎn) 適應(yīng)性強(qiáng)：適應(yīng)性強(qiáng)： 激光加工的功率密度高，幾乎能加工任何材料，激光加工的功率密度高，幾乎能加工任何材料， 如各種金屬、陶瓷、石英、金剛石、橡膠等。如各種金屬、陶瓷、石英、金剛石、橡膠等。 加工精度高：加工精度高：激光束可聚焦成微米級(jí)的光斑（理論上直徑可小激光束可聚焦成微米級(jí)的光斑（理論上直徑可小 于于1um），適合精密微細(xì)加工。），適合精密微細(xì)加工。 加工質(zhì)量好：加工質(zhì)量好：激光加工能量密度高，熱作用時(shí)間很短，整個(gè)加激光加工能量密度高，熱作用時(shí)間很短，整

4、個(gè)加 工區(qū)幾乎不受熱的影響，工件熱變形極小，故可工區(qū)幾乎不受熱的影響，工件熱變形極小，故可 加工對(duì)熱沖擊敏感的材料。加工對(duì)熱沖擊敏感的材料。 加工速度快：加工速度快： 激光加工只需激光加工只需0.01s，切割比常規(guī)方法提高效率率，切割比常規(guī)方法提高效率率 效率高效率高 820倍，激光焊接可提高效率倍，激光焊接可提高效率30倍，微調(diào)薄膜電倍，微調(diào)薄膜電 阻可提高阻可提高1000倍，提高精度倍，提高精度12個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 Company Logo 激光加工簡(jiǎn)介激光加工簡(jiǎn)介 激光加工特點(diǎn)激光加工特點(diǎn) 容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)：容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)：激光束傳輸方便，易于控制，便于與機(jī)器人激光束傳輸方便，易于控制，便

5、于與機(jī)器人 、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)相、自動(dòng)檢測(cè)、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)相 結(jié)合。結(jié)合。 通用性強(qiáng)：通用性強(qiáng)： 用一臺(tái)激光器給變不同的導(dǎo)光系統(tǒng)，可以處用一臺(tái)激光器給變不同的導(dǎo)光系統(tǒng)，可以處 理各種形狀和尺寸的工件。也可以選擇適當(dāng)理各種形狀和尺寸的工件。也可以選擇適當(dāng) 的加工條件，用同一臺(tái)裝置進(jìn)行切割、打孔的加工條件，用同一臺(tái)裝置進(jìn)行切割、打孔 、焊接和表面處理等多種加工。、焊接和表面處理等多種加工。 節(jié)能節(jié)材：節(jié)能節(jié)材： 激光束的能量利用率為常規(guī)加工工藝的激光束的能量利用率為常規(guī)加工工藝的 101000倍，激光切割可以節(jié)省材料倍，激光切割可以節(jié)省材料 15%30%。 Compan

6、y Logo 激光焊接機(jī)激光焊接機(jī) Company Logo 激光焊接機(jī)原理激光焊接機(jī)原理 激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬面，通過(guò)激激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬面，通過(guò)激 光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔 化后冷卻結(jié)晶形成焊接?；罄鋮s結(jié)晶形成焊接。 Company Logo 激光焊接機(jī)原理激光焊接機(jī)原理 1、熱傳導(dǎo)焊接：當(dāng)激光、熱傳導(dǎo)焊接：當(dāng)激光 照射在材料表面時(shí)，一部照射在材料表面時(shí)，一部 分激光被反射，一部分被分激光被反射，一部分被 材料吸收，將光能轉(zhuǎn)化為材料吸收，將光能轉(zhuǎn)化為 熱能而加熱熔化，材料表熱能而

7、加熱熔化，材料表 面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式 繼續(xù)向材料深處傳繼續(xù)向材料深處傳遞，最遞，最 后將兩焊件熔接在一起。后將兩焊件熔接在一起。 激光焊接的機(jī)理有兩種：激光焊接的機(jī)理有兩種： Company Logo 激光焊接接頭激光焊接接頭 Company Logo 激光焦點(diǎn)示意圖激光焦點(diǎn)示意圖 Company Logo 激光焊接工藝參數(shù)激光焊接工藝參數(shù) 激光焊接的激光焊接的 主要參數(shù)主要參數(shù) 離焦量離焦量 焊接速度焊接速度 激光模式激光模式 坡口間隙坡口間隙 保護(hù)氣體保護(hù)氣體 脈沖參數(shù)脈沖參數(shù) 激光功率激光功率 Company Logo 激光焊接的工藝參數(shù)激光焊接的工藝參數(shù) Ad

8、d Your Title (1)功率密度：功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高功率密度：功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高 的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至 沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料 去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功 率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表 層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。

9、因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在 264 /w1010cm Company Logo 激光焊接工藝參數(shù)激光焊接工藝參數(shù) (2)激光脈沖波形：激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題，激光脈沖波形：激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題， 尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束 射至材料表面，金屬表面將會(huì)有射至材料表面，金屬表面將會(huì)有6098%的激光的激光 能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。 在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變?cè)谝粋€(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)

10、，金屬反射率的變 化很大。化很大。 (3)激光脈沖寬度：脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)激光脈沖寬度：脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū) 別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決 定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。 Company Logo 激光焊接工藝參數(shù)激光焊接工藝參數(shù) (4) 離焦量：對(duì)焊接質(zhì)量的影響。離焦量：對(duì)焊接質(zhì)量的影響。 激光焊接通常需要一定的離焦激光焊接通常需要一定的離焦 量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高，容易量，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高，容易 蒸發(fā)成孔。離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各

11、平面上，功率密度分布蒸發(fā)成孔。離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布 相對(duì)均勻。相對(duì)均勻。 離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。 焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。 按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所 對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。 負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表 明，當(dāng)要求熔

12、深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。明，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。 Company Logo 激光焊接工藝參數(shù)激光焊接工藝參數(shù) Company Logo 激光焊接工藝參數(shù)激光焊接工藝參數(shù) Your Text (4)保護(hù)氣體：激光焊接過(guò)程常使用惰性氣體來(lái)保護(hù)熔池保護(hù)氣體：激光焊接過(guò)程常使用惰性氣體來(lái)保護(hù)熔池 。大多數(shù)。大多數(shù) 應(yīng)用場(chǎng)合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)，使工應(yīng)用場(chǎng)合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)，使工 件在焊接過(guò)程中免受氧化。件在焊接過(guò)程中免受氧化。 (5)透鏡焦距：焊接時(shí)通常采用聚焦方式會(huì)聚激光，一般選用透鏡焦距：焊接時(shí)通常采用聚焦方式會(huì)聚

13、激光，一般選用 63254mm(2.510)焦距的透鏡。焦距的透鏡。 (6)焦點(diǎn)位置：焊接時(shí)，為了保持足夠功率密度，焦點(diǎn)位置至關(guān)重焦點(diǎn)位置：焊接時(shí)，為了保持足夠功率密度，焦點(diǎn)位置至關(guān)重 要。焦點(diǎn)與工件表面相對(duì)位置的變化直接影響焊縫要。焦點(diǎn)與工件表面相對(duì)位置的變化直接影響焊縫 寬度與深度。寬度與深度。 Company Logo 激光焊接工藝參數(shù)激光焊接工藝參數(shù) Your Text (8)激光束位置：對(duì)不同的材料進(jìn)行激光焊接時(shí)，激光束位置控制激光束位置：對(duì)不同的材料進(jìn)行激光焊接時(shí)，激光束位置控制 著焊縫的最終質(zhì)量，特別是對(duì)接接頭的情況比搭著焊縫的最終質(zhì)量，特別是對(duì)接接頭的情況比搭 接結(jié)頭的情況對(duì)此

14、更為敏感。接結(jié)頭的情況對(duì)此更為敏感。 9)焊接起始、終止點(diǎn)的激光功率漸升、漸降控制。激光深熔焊接時(shí)，焊接起始、終止點(diǎn)的激光功率漸升、漸降控制。激光深熔焊接時(shí)， 不管焊縫深淺，小孔現(xiàn)象始終存在。當(dāng)焊接過(guò)程終止、關(guān)閉功率開(kāi)不管焊縫深淺，小孔現(xiàn)象始終存在。當(dāng)焊接過(guò)程終止、關(guān)閉功率開(kāi) 關(guān)時(shí)，焊縫尾端將出現(xiàn)凹坑。另外，當(dāng)激光焊層覆蓋原先焊縫時(shí)，關(guān)時(shí)，焊縫尾端將出現(xiàn)凹坑。另外，當(dāng)激光焊層覆蓋原先焊縫時(shí)， 會(huì)出現(xiàn)對(duì)激光束過(guò)度吸收，導(dǎo)致焊件過(guò)熱或產(chǎn)生氣孔。會(huì)出現(xiàn)對(duì)激光束過(guò)度吸收，導(dǎo)致焊件過(guò)熱或產(chǎn)生氣孔。 Company Logo 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例 激光激光 點(diǎn)焊點(diǎn)焊 激光熱傳激光熱傳 導(dǎo)焊接導(dǎo)焊接 激光深熔激光深熔 焊接焊接 激光激光 釬焊釬焊 激光激光-電弧電弧 復(fù)合焊接復(fù)合焊接 激光焊接技術(shù)激光焊接技術(shù) 脈沖激光脈沖激光 焊接焊接 激光填激光填 絲焊接絲焊接 Company Logo 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例 汽車傳動(dòng)零部件激光焊接汽車傳動(dòng)零部件激光焊接 Company Logo 激光焊接發(fā)展及應(yīng)用舉例激光焊接發(fā)展及應(yīng)用