激光焊接的工藝技術(shù)和性能特點(diǎn)介紹講解

1、激光焊接的工藝技術(shù)和性能特點(diǎn)介紹激光焊接的工藝技術(shù)和性能特點(diǎn)一、激光焊接的工藝參數(shù)。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，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激 光焊接中，功率密度在范圍在104106W/cm2。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 ，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6098%的激光能量 反射而損

2、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)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)。4、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做文章一，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。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密 度分布相對(duì)均勻。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。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離做文章一相等時(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。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔 池的形

3、成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，激光加熱50200us材料開始熔化，形成液相金屬并出 現(xiàn)問(wèn)分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)，高濃度 汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率 密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際 應(yīng)用中，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。、激光焊接工藝方法1、片與片間的焊接。包括對(duì)焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等 4種工藝方法。2、 絲與絲的焊接。包括絲與絲對(duì)焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工 藝方法。3、金屬絲與塊狀元件的焊接。采用激光焊接可以成

4、功的實(shí)現(xiàn)金屬絲與塊狀元 件的連接，塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。4、不同金屬的焊接。焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍。不 同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。激光釬焊有些元件的連 接不宜采用激光熔焊，但可利用激光作為熱源，施行軟釬焊與硬釬焊，同樣具有激光熔焊的優(yōu)點(diǎn)。采用釬焊的方式有多種，其中, 激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接，尤其實(shí)用于片狀元件組裝技術(shù)。三、采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點(diǎn)：1、由于是局部加熱，元件不易產(chǎn)生熱損傷，熱影響區(qū)小，因此可在熱敏元件附近 施行軟釬焊。2、用非接觸加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙

5、面印刷電路板上雙面 兀件裝備后加工。3、重復(fù)操作穩(wěn)定性好。焊劑對(duì)焊接工具污染小，且激光照射時(shí)間和輸出功率易 于控制，激光釬焊成品率高。4、激光束易于實(shí)現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學(xué)元件進(jìn)行 時(shí)間與空間分割，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)對(duì)稱焊。5、激光釬焊多用波長(zhǎng)1.06um的激光作為熱源，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方 式不易焊接的部位進(jìn)行加工，靈活性好。6聚焦性好，易于實(shí)現(xiàn)多工位裝置的自動(dòng)化。四、激光深熔焊：1、 冶金過(guò)程及工藝?yán)碚摗＜す馍钊酆敢苯鹞锢磉^(guò)程與電子束焊極為相似，即能 量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過(guò)小孔”結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。在足夠高的功率密度光束照射下，材料產(chǎn) 生蒸發(fā)形成小孔。這個(gè)充滿蒸汽的小孔猶如

6、一個(gè)黑體，幾乎全部吸收入射光線的能 量，孔腔內(nèi)平衡溫度達(dá)25000度左右。熱量從這個(gè)高溫孔腔外壁傳遞出來(lái)，使包圍著 這個(gè)孔腔的金屬熔化。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽 小孔四壁包圍著熔融金屬，液態(tài)金屬四周即圍著固體材料?？妆谕庖后w流動(dòng)和壁層 表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動(dòng)態(tài)平衡。光束不斷進(jìn)入小孔小孔外材料在連續(xù)流動(dòng)，隨著光束移動(dòng)，小孔始終處于流動(dòng)的穩(wěn)定態(tài)。就是說(shuō)，小孔和 圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進(jìn)速度向前移動(dòng)，熔融金屬填充著小孔移開后 留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。2、 影響因素。對(duì)激光深熔焊產(chǎn)生影響的因素包括：激光功率，激光束直徑，材料

7、吸收率，焊接速度，保護(hù)氣體，透鏡焦長(zhǎng)，焦點(diǎn)位置，激光束位置,焊接起始和終止點(diǎn)的激 光功率漸升、漸降控制。3、激光深熔焊的特征：特征:（1高的深寬比。因?yàn)槿廴诮饘賴鴪A柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工 件,焊縫就變得深而窄。（2最小熱輸入。因?yàn)樵辞粶囟群芨?，熔化過(guò)程發(fā)生得極快，輸 入工件熱量極低，熱變形和熱影響區(qū)很小。（3高致密性。因?yàn)槌錆M高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池?cái)嚢韬蜌怏w逸 出，導(dǎo)致生成無(wú)氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化。（4強(qiáng)固焊縫。（5精確控制。（6非接觸，大氣焊接過(guò)程。4、 激光深熔焊的優(yōu)點(diǎn):（1由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度 ， 導(dǎo)致焊接速度快，熱影響

8、區(qū)和變形都較小，還可以焊接鈦、石英等難焊材料。（2因?yàn)?光束容易傳輸和控制，又不需要經(jīng)常更換焊炬、噴嘴，顯著減少停機(jī)輔助時(shí)間，所以有 荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。（3由于純化作用和高的冷卻速度，焊縫強(qiáng),綜合性能高。（4 由于平衡熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費(fèi)用。另外，激光焊接的動(dòng)轉(zhuǎn)費(fèi)用也比 較低,可以降低生產(chǎn)成本。（5容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效的 控制。5、激光深熔焊設(shè)備：激光深熔焊通常選用連續(xù)波 C02激光器，這類激光器能維 持足夠高的輸出功率，產(chǎn)生 小孔”效應(yīng)，熔透整個(gè)工件截面，形成強(qiáng)韌的焊接接頭。就 激光器本身而言，它只是一個(gè)能產(chǎn)生可作為熱源、方向性好的平行光束的裝置

9、。如 果把它導(dǎo)向和有效處理后射向工件，其輸入功率就具有強(qiáng)的相容性，使之能更好的適 應(yīng)自動(dòng)化過(guò)程。為了有效實(shí)施焊接，激光器和其他一些必要的光學(xué)、機(jī)械以及控制 部件一起共同組成一個(gè)大的焊接系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)包括激光器、光束傳輸組件、工件 的裝卸和移動(dòng)裝置，還有控制裝置。這個(gè)系統(tǒng)可以是僅由操作者簡(jiǎn)單地手工搬運(yùn)和 固定工件也可以是包括工件能自動(dòng)的裝、卸、固定、焊接、檢驗(yàn)。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)和實(shí)施的總要求是可獲得滿意的焊接質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。五、鋼鐵材料的激光焊接：1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接?？偟恼f(shuō)，碳鋼激光焊接效果良好，其焊接質(zhì)量 取決于雜質(zhì)含量。就象其它焊接工藝一樣，硫和磷是產(chǎn)生焊接裂紋的敏感因素。為

10、了獲得滿意的焊接質(zhì)量，碳含量超過(guò)0.25%時(shí)需要預(yù)熱。當(dāng)不同含碳量的鋼相互焊 接時(shí),焊炬可稍偏向低碳材料一邊，以確保接頭質(zhì)量。低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量 高，并不適合激光焊接。低碳鎮(zhèn)靜鋼由于低的雜質(zhì)含量 ，焊接效果就很好。中、高碳 鋼和普通合金鋼都可以進(jìn)行良好的激光焊接，但需要預(yù)熱和焊后處理，以消除應(yīng)力，避 免裂紋形成。2、不銹鋼的激光焊接。一般的情況下，不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于獲得 優(yōu)質(zhì)接頭。由于高的焊接速度熱影響區(qū)很小，敏化不成為重要問(wèn)題。與碳鋼相比，不 銹鋼低的熱導(dǎo)系數(shù)更易于獲得深熔窄焊縫。3、 不同金屬之間的激光焊接。激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區(qū)，為 許多不同金屬焊接融化后有不同結(jié)構(gòu)的材料相容創(chuàng)造了有利條件?，F(xiàn)已證明以下金屬可以順利進(jìn)行激光深熔焊接：不銹鋼Y氐碳鋼,416不銹鋼310不銹鋼,347不銹鋼HASTALLY鎳合金，鎳電極冷鍛鋼，不同鎳含量