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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。laser-beam welding Microsoft Word 文檔laser-beam welding Microsoft Word 文檔激光焊接的原理、優(yōu)缺點(diǎn)及工藝參數(shù)激光焊接的原理    激光焊接是利用高能量的激光脈沖對(duì)材料進(jìn)行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過(guò)熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴(kuò)散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，激光焊接主要針對(duì)薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對(duì)接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速

2、度快，焊縫平整、美觀，焊后無(wú)需處理或只需簡(jiǎn)單處理，焊縫質(zhì)量高，無(wú)氣孔，可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，定位精度高，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。焊接特性屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上。激光束可由平面光學(xué)元件（如鏡子）導(dǎo)引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。    激光焊接屬非接觸式焊接，作業(yè)過(guò)程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用。    激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復(fù)合焊，實(shí)現(xiàn)大熔深焊接，同時(shí)熱輸入量比MIG焊大為減小。    激光焊接的主要優(yōu)點(diǎn)（1）可將入熱量降到最低的需

3、要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。    （2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用。    （3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。    （4）激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無(wú)法發(fā)揮。    （5）工件可放置在封閉的空間（

4、經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。    （6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件。    （7）可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。    （8）易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。    （9）焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。    （10）不受磁場(chǎng)所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。    （11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩

5、種金屬。    （12）不需真空，亦不需做X射線防護(hù)。    （13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá)10:1。    （14）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。    激光焊接的主要缺點(diǎn)（1）焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。    （2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。    （3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過(guò)19mm的工件，生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接。

6、    （4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變。    （5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。    （6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。    （7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。    （8）設(shè)備昂貴。    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

7、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。    （

8、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焦，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。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，激光加熱50200us材料

9、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。不同材料的激光焊接特性材料激光焊接特性碳鋼 低碳鋼及低合金高強(qiáng)鋼 中、高碳鋼 合金鋼 硅鋼 不銹鋼 A不銹鋼 F不銹鋼 M不銹鋼總的來(lái)說(shuō)焊接性好，工藝成熟，應(yīng)用廣泛焊接性良好，焊縫強(qiáng)度、韌性等性能均優(yōu)焊接性好，過(guò)快冷卻速度易導(dǎo)致焊縫淬硬及冷裂紋等問(wèn)題焊接性好，過(guò)快冷卻速度易導(dǎo)致焊縫淬

10、硬及冷裂紋等問(wèn)題焊接性好，導(dǎo)熱率低，需控制工藝參數(shù)防止晶粒過(guò)分長(zhǎng)大降低塑性焊接性好導(dǎo)熱率低、激光吸收率較高，焊接效率較高，焊縫性能與母材相當(dāng)?shù)吞嫉豌t類型尤其適合激光焊接，但需控制晶粒長(zhǎng)大高碳易導(dǎo)致焊縫及HAZ淬硬鈦及鈦合金焊接性好，激光吸收率高，化學(xué)活波性高，易氧化，焊前需要嚴(yán)格清洗以防止氣孔，焊接時(shí)需嚴(yán)格正、反兩面惰性氣體保護(hù)，并加拖罩鋁及鋁合金可焊，對(duì)激光的高反射率致使實(shí)現(xiàn)其焊接需要更高功率密度，容易形成氣孔、熱裂紋等缺陷，熔池流動(dòng)性好、焊縫易下塌，成形不好，Mg等元素易蒸發(fā)造成強(qiáng)度降低，嚴(yán)格控制工藝參數(shù)或填絲仍可獲得優(yōu)良焊縫銅可焊，對(duì)激光高反射率，一般僅用于脈沖激光微點(diǎn)焊鎳基高溫合金焊接性好，但需控制裂紋、氣孔、偏析以及焊縫脆等問(wèn)題銥合金存在熱裂紋問(wèn)題 常見缺陷氣孔 兩類氣孔： 冶金氣孔 H氣孔，與弧焊等常規(guī)焊接方法類似 孔洞 激光深熔焊本身小孔失穩(wěn)密切相關(guān)常見缺陷裂紋 熱裂紋和冷裂紋 焊縫完全凝固之前，由于焊縫的冷卻凝固過(guò)程中在高溫階段晶間塑性變形能力不足以承受當(dāng)時(shí)所發(fā)生的塑性應(yīng)變量而產(chǎn)生的，裂紋較多產(chǎn)生于焊縫中心線及熱影響區(qū)，因而那些具有寬的結(jié)晶溫度范圍、高的C、S、P含量的材料容易產(chǎn)生裂紋，如鋁合金的激光焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生此類裂紋 對(duì)于高C鋼或某些高些高合金鋼而言，