第十六章激光焊與切割

第十六章激光焊與切割第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一激光焊1.原理：利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過聚焦系統(tǒng)聚焦到十分微小的焦點，當調(diào)焦到焊件接頭處時，光能轉換為熱能，從而使金屬熔化形成接頭。2.特點：1）焊接熱影響區(qū)極小，焊件難于變形；2）焊件不易被氧化，可在空氣中焊接；3）焊接設備與焊件間無接觸，可焊接難于接近的接頭。3.應用：激光焊比較容易實現(xiàn)異種金屬和異種材料的焊接，目前已廣泛用于電子工業(yè)和儀表工業(yè)中微型件的焊接。第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一二、激光焊焊接設備的組成(1)激光器激光器是激光焊焊接設備的重要組成部分，負責提供加工所需要的光能。

(2)光束檢測儀光束檢測儀的作用是監(jiān)測激光器的輸出能量或功率，測量光束橫截面上的能量分布狀況。

(3)焊接過程監(jiān)測系統(tǒng)該系統(tǒng)在工作過程中，對整個加工過程及質(zhì)量進行監(jiān)控。

(4)導光及聚焦系統(tǒng)導光及聚焦系統(tǒng)由若干個反射鏡組成，使激光通過反射鏡改變光路方向，在激光到達指定方位后，通過聚焦鏡對其進行聚焦，然后根據(jù)需要進行激光焊和其他加工。一、激光焊與切割的基本原理第一節(jié)激光焊與切割概述第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一g07imzw(5)工作臺工作臺在裝夾焊件的同時，還具有二維或多維運動功能，使聚焦后的激光束始終能照到待焊接和待加工的部位上。

(6)計算機計算機主要用來對整個激光焊焊接設備進行控制和調(diào)節(jié)，如，控制工作臺的運動、控制激光器輸出的功率、對激光加工質(zhì)量進行監(jiān)控等。第一節(jié)激光焊與切割概述第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一三、激光器的分類及組成(1)激光工作物資是具有若干能級的粒子系統(tǒng)，能使粒子數(shù)反轉和受激輻射成為可能。

(2)諧振腔該機制給受激輻射提供振蕩空間和穩(wěn)定輸出的正反饋，并限制光束的頻率和方向。

(3)激勵源(泵浦源)向激光物質(zhì)提供能量，使之處于非平衡狀態(tài)，形成粒子數(shù)反轉。

(4)電源為激勵源(泵浦源)提供能源。

(5)聚光器(固體激光器特有的)使光能最大限度地照射到激光工作物質(zhì)上，提高光能的利用率。

(6)控制和冷卻系統(tǒng)保證激光器能夠正常、穩(wěn)定和可靠地工作。第一節(jié)激光焊與切割概述第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一一、激光焊的特點1)聚焦后的功率密度可達104~107W/cm，甚至是更高。

2)激光加熱的范圍小(＜1mm)，在同樣的焊接厚度條件下，比焊條電弧焊、TIG焊、MIG焊等焊接方法快。

3)激光焊接后，焊件的殘余應力和殘余變形小。

4)激光能被反射、透射，能在空間傳播很遠的距離而衰減很小，可以進行遠距離或難以接近的部位焊接。

5)可以焊接一般焊接方法難以焊接的材料，如高熔點金屬等，也可以焊接非金屬材料，如陶瓷、有機玻璃等。

6)一臺激光器可以同時進行多種不同的工作，如焊接、切割、合金化和熱處理等。第二節(jié)激光焊第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一7)與電子束焊接相比，激光焊的最大特點是不需要真空室，焊接過程不產(chǎn)生X射線。

1)焊接厚度比真空電子束焊小。

2)高反射率的材料焊接還較困難。

3)焊接設備投資大。第二節(jié)激光焊第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一二、激光焊的分類1.脈沖激光焊

(1)脈沖能量決定脈沖激光焊加熱能量的大小，影響被焊金屬的熔化量。

(2)脈沖寬度決定脈沖激光焊的加熱時間，它影響焊縫熔池的熔深及焊接熱影響區(qū)的大小。

(3)功率密度功率密度較小時，焊接以傳熱的方式進行，焊點的直徑和熔深由熱傳導所決定；當功率密度達到106W/cm2時，將產(chǎn)生小孔效應，形成深寬比大于1的焊點，金屬略有汽化，但汽化量很小，不會影響焊點的形成。第二節(jié)激光焊第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一(4)離焦量Δf離焦量Δf是指焊件表面離聚焦激光束最小斑點的距離，改變離焦量，可以改變激光加熱斑點的大小和光束入射的情況。

2.連續(xù)CO2激光焊

(1)激光功率P通常是指激光器直接輸出功率，沒有考慮在導光和聚焦系統(tǒng)所引起的損失。

(2)焊接速度v當激光功率一定時，由于提高焊接速度，使焊接熱輸入下降，焊接熔深會變小。

(3)光斑直徑d減小光斑直徑，功率密度與直徑的平方成反比，因此，減小光斑直徑比增加功率有效的多。第二節(jié)激光焊第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一(4)離焦量Δf離焦量不僅會影響焊件表面激光斑的大小，而且還影響光束的入射方向。

(5)保護氣體保護氣體在激光焊接過程中的作用有兩個：其一，保護焊縫金屬不受有害氣體的氧化污染，提高焊接接頭性能；其二，在激光焊接過程中吹保護氣體，可以抑制等離子體的積聚，將金屬蒸汽和等離子體從激光加熱區(qū)，用流動的保護氣體吹除。

3.傳熱焊

4.深熔焊第二節(jié)激光焊第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一一、激光切割的特點1.激光切割的質(zhì)量好

2.激光切割效率高

3.激光切割是無接觸切割

4.切割多種材料第三節(jié)激光切割第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一二、激光切割的分類1.激光汽化切割

2.激光熔化切割

3.激光氧氣切割

4.激光劃片與控制斷裂切割第三節(jié)激光切割第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一一、激光的危害1.眼睛

(1)受激光直接照射由于激光的加熱效應可引起人體視網(wǎng)膜的燒傷，并在瞬間使人致盲，即使小功率的激光也會造成眼底組織損傷，影響或降低視力。

(2)反射光的危害在激光焊與切割過程中，由于被焊金屬或被切割金屬表面對激光的反射，特別是強反射光對相關人員眼睛的危害，與受激光直接照射具有同樣的危險性。

2.皮膚

3.有害氣體

4.火災5.其他第四節(jié)激光焊與切割的安全防護第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一二、激光焊與切割的安全防護技術1)在激光焊與切割的設備上，應有各種安全保護裝置，在設備上應備有明顯的危險標志和信號，如，“激光危險”、“高壓危險”等。

2)激光光路系統(tǒng)應盡可能地全封閉，以防止激光光束直接照射事故的發(fā)生。

3)激光光路系統(tǒng)如不能全封閉，則可以讓激光從人的高度以上通過，使人的眼、頭部等重要器官避開激光光束的高度。

4)激光焊與切割的工作臺，應用經(jīng)過特殊處理過的玻璃加以屏蔽，防止反射光造成傷害事故。第四節(jié)激光焊與切割的安全防護第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一5)激光焊與切割的現(xiàn)場應有安全標志，并用防護欄、隔離墻、屏風等進行隔離，防止無關人員誤入危險區(qū)。

6)對激光器應該裝配防護罩或防護圍封，避免人員受到激光照射。

7)個人防護

①激光器現(xiàn)場操作人員和相關工作人員必須配戴激光防護眼鏡，激光防護眼鏡有普通型、防側光型和半防側光型等。

②激光器現(xiàn)場操作人員和相關工作人員，為減少漫反射的傷害，應該穿白色激光防護服，該防護服應用耐火及耐熱材料制成。第四節(jié)激光焊與切割的安全防護第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一③激光器現(xiàn)場操作人員必須經(jīng)過培訓的有經(jīng)驗人員，其他人員嚴禁操作激光器及進行激光加工。

④激光焊與激光切割以及激光加工的操作人員，在工作時，要戴有防護眼鏡的頭盔，以防止紫外激光的傷害。

⑤激光焊與激光切割以及激光加工的操作人員，在工作時，要戴激光防護手套，特別是從事高能量、高功率激光加工時，戴激光防護手套可以防止被激光意外照射時對雙手的傷害。第四節(jié)激光焊與切割的安全防護第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題1、下列不屬于激光焊特點的是（）。

A、焊接速度高B、焊后變形大

C、焊前部需要特別的清潔處理D、可用于非金屬材料的焊接2、激光氣割是利用高能量密度的激光作為切割刃具，對材料進行切割加工的材料方法，其加工精度可達到（）水平。

A、精密機加工

B、普通加工

C、研磨D、刮削第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題3、氣體激光器放電管中充以（）、N2氮氣N?和He氦（Helium混合氣體。

A、H2B、O2C、COD、CO24、脈沖激光焊加工熱斑點微小，主要用于（）mm以下的薄片金屬絲的焊接。

A、0.1B、0.25C、0.5D、0.755、連續(xù)CO2激光焊焊接形式應用最多的是（）。

A、搭接接頭B、疊接接頭

C、吻焊接頭D、對接接頭第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題1、由于激光焊加熱區(qū)域很窄，焊后試件受熱很小，因此殘余應力和變形相對較小。（）2、激光焊可焊接其他焊接方法難以焊接的材料，甚至可用于非金屬材料的焊接。（）3、激光焊焊機可一機多用，即可用于焊接也可用于切割。（）4、脈沖激光焊類似于點焊，每個激光脈沖在金屬上形成一個焊點，脈沖激光焊主要用于微小精密元件和一些微電子元件的焊接。（）第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題5、CO2激光焊具有結構簡單、能量轉換效率高、輸出功率大等特點，可廣泛應用于銅、鋁、不銹鋼等材料的焊接。（）6、焊接激光器根據(jù)能力輸出分為脈沖激光器和連續(xù)激光器兩種。（）第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題7、在固體激光器中，反射式聚焦用于中小功率的激光加工機。（*）.透射式聚焦用于中小功率的激光加工機,而反射式聚焦用于大功率激光加工設8、在固體激光器中，透射式聚焦用于大功率激光加工設備。（）9、光速檢測器的主要作用是用來監(jiān)測激光器的輸出功率。（）第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題10、脈沖激光焊加熱斑點微小，如果使焊點重合，還可以進行一些零件的封裝焊。（）11、連續(xù)CO2激光焊與電子束焊相比，當焊速降到一定值后，熔深增加速度要比電子束焊大的多。（）激光焊分類激光焊分為脈沖激光焊和連續(xù)CO2激光焊以及激光切割。一、脈沖激...熔深增大,與電子束焊相比,當焊速降到一定值后,熔深增加速度要比電子束焊小的多;12、連續(xù)CO2激光焊要提高功率密度，減小光斑直徑比增加功率更有效。（）第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題13、離焦量不僅影響工件表面激光光斑的大小，而且影響光束的入射方向，因而對熔深和焊縫形狀有較大的影響。（）14、激光的亮度比太陽和電弧光高數(shù)十個數(shù)量級，受激光直接照射可瞬間使人致盲。（）15、激光直射還會造成人體燒傷，聚焦后的激光對人體傷害更大。（）第二十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期一練習題16、激光操作人員必須經(jīng)過規(guī)范嚴格的培訓，合格上崗。