連續(xù)激光焊工藝的制定

主講：曹潤平激光焊技術(shù)《特種焊接技術(shù)》課程系列之

連續(xù)激光焊工藝的制定

接頭形式設(shè)計裝配要求工藝參數(shù)

連續(xù)激光焊工藝的制定

連續(xù)激光焊工藝的制定連續(xù)激光焊所使用的焊接設(shè)備一般為CO2激光器。原因是CO2激光器的輸出功率比其他激光器高，并且輸出穩(wěn)定，所以可以進(jìn)行薄板精密焊，以及50mm厚板的深穿入焊。對接常用于較厚板焊接；搭接是薄板連接時常用的接頭形式；卷邊角接頭剛性好，省工又省料，在家用電器金屬殼體的制造中常用；叉形接頭因熔池正好在焊件兩邊吻合處形成并成小夾角，故可更好地匯集激光能量。傳統(tǒng)焊接方法使用的接頭形式絕大部分都適合激光焊，但激光焊由于聚焦后光束直徑很小，因而對裝配的精度要求很高。連續(xù)激光焊最常用的接頭形式是對接和搭接。接頭形式設(shè)計

連續(xù)激光焊工藝的制定接頭形式設(shè)計連續(xù)激光焊常用接頭形式

連續(xù)激光焊工藝的制定接頭形式設(shè)計

連續(xù)激光焊工藝的制定對接焊時，如果接頭錯邊太大，會使入射激光在板角處反射，焊接過程不穩(wěn)定；薄板焊時，如果間隙太大，焊后焊縫表面成形不飽滿，嚴(yán)重時形成穿孔。裝配要求

連續(xù)激光焊工藝的制定搭接焊時，板間間隙過大易造成上下板間熔合不良，焊接時裝配間隙應(yīng)小于板材厚度的25%，如果裝配間隙過大，會造成上面焊件燒穿；當(dāng)焊接不同厚度的焊件時，應(yīng)將薄件置于厚件之上。裝配要求

連續(xù)激光焊工藝的制定對于鐵基合金和鎳基合金材料，對接時其裝配間隙應(yīng)小于被焊件厚度的15%，零件的錯邊和平面度不得大于被焊件厚度的25%；對于導(dǎo)熱性好的材料，如銅合金、鋁合金等，還應(yīng)將誤差控制在更小的范圍內(nèi)。激光焊過程中，焊件應(yīng)夾緊，以防止焊接變形。光斑在垂直于焊接運動方向?qū)缚p中心的偏離量應(yīng)小于光斑半徑。對于鋼鐵材料，焊前焊件表面需要進(jìn)行除銹、脫脂處理，要求較嚴(yán)格時，焊前需要酸洗，然后用乙醚、丙酮或四氯化碳清洗。裝配要求

焊接速度激光功率保護(hù)氣體離焦量光斑直徑連續(xù)激光焊工藝的制定工藝參數(shù)

連續(xù)激光焊工藝的制定激光功率激光功率：通常激光功率是指激光器的輸出功率，沒有考慮導(dǎo)光和聚焦系統(tǒng)所引起的損失。激光功率對熔深的影響：激光功率決定熔池深度。激光焊熔深與激光輸出功率密度密切相關(guān)，是功率和光斑直徑的函數(shù)。對于一定的光斑直徑，在其他條件不變時，焊接熔深h隨著激光功率的增加而增加。工藝參數(shù)

連續(xù)激光焊工藝的制定激光功率對熔深的影響工藝參數(shù)（a）低碳鋼，v

=75～760cm/min

（b）不銹鋼，v=100～300cm/min（c）低碳鋼，v=220～470cm/min

連續(xù)激光焊工藝的制定焊接速度焊接速度對熔深的影響：

焊接速度影響焊縫的熔深和熔寬。深熔焊時，熔深與焊接速度成反比。在給定材料、功率的條件下對一定厚度范圍的焊件進(jìn)行焊接時，有一最佳的焊接速度范圍與其對應(yīng)。如果焊接速度過高，會導(dǎo)致焊不透；但若焊接速度過低，又會使材料過度熔化，熔寬急劇增大，甚至導(dǎo)致燒損和焊穿。工藝參數(shù)

連續(xù)激光焊工藝的制定焊接速度工藝參數(shù)

連續(xù)激光焊工藝的制定光斑直徑工藝參數(shù)是指照射到焊件表面的光斑尺寸大小。在激光器結(jié)構(gòu)一定的條件下，照射到焊件表面的光斑大小取決于透鏡的焦距（f）和離焦量（△f），根據(jù)光的衍射理論，聚焦后的最小光斑直徑可以由下面公式表示：d0

—最小光斑直徑（mm）；f—透鏡的焦距（mm）；λ—激光波長（mm）；D—聚焦前光束直徑；m—是激光振動模的階數(shù)

連續(xù)激光焊工藝的制定光斑直徑工藝參數(shù)由公式可知，對于一定波長的光束，f/D和m

值越小，光斑直徑越小。通常，焊接時為了獲得熔深焊縫，要求激光光斑上的功率密度高。提高功率密度的方式有兩個：一是提高激光功率P,它和功率密度成正比；二是減小光斑直徑，功率密度與直徑的平方成反比。因此減小光斑比增加功率密度有效的多。減小d0可以通過使用短焦距透鏡和降低激光束橫模階數(shù)。低階模聚焦后可以獲得更小的光斑。

連續(xù)激光焊工藝的制定離焦量工藝參數(shù)離焦量是工件表面至激光焦點的距離，以ΔF表示。焦點處激光光斑最小，能量密度最大，通過調(diào)節(jié)離焦量ΔF可以在光束的某一截面選擇一光斑直徑使其能量密度適合于焊接。工件表面在焦點以內(nèi)時為負(fù)離焦，與焦點的距離為負(fù)離焦量；反之為正離焦，ΔF>0。

連續(xù)激光焊工藝的制定離焦量工藝參數(shù)離焦量（ΔF）不僅影響焊件表面光斑的大小，而且影響光束的入射方向，因而對熔深和焊縫形狀有較大影響。熔深隨ΔF的變化有一個跳躍性變化過程，在|ΔF|很大時，熔深很小，屬于傳熱焊；當(dāng)ΔF減少到某一值后，熔深發(fā)生跳躍性增加，此處標(biāo)志著小孔產(chǎn)生。通過調(diào)節(jié)離焦量，可以在光束的某一截面選擇一光斑直徑，使其能量密度適合于深熔焊縫的形成。離焦量對焊縫熔深、熔寬和橫斷面積的影響

連續(xù)激光焊工藝的制定保護(hù)氣體工藝參數(shù)深熔焊時，保護(hù)氣體有兩個作用：一是保護(hù)焊縫金屬免受有害氣體的侵襲，防止氧化污染；二是抑制等離子體的負(fù)面效應(yīng)。

連續(xù)激光焊工藝的制定保護(hù)氣體工藝參數(shù)保護(hù)氣體多用氬（Ar）或氦（He）。He具有優(yōu)良的保護(hù)和抑制等離子體的效果，焊接時熔深較大。如果在He里加少量Ar或O2，可進(jìn)一步提高熔深，所以在國外廣泛使用He作為激光焊保護(hù)氣體。He價格昂貴，國內(nèi)多采用Ar作保護(hù)氣體，但由于A