激光加工的研究现状及发展趋势

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1、《精密与特种加工》课程大作业系：_授课老师：xt/Z号：姓名：（百分制）：完成时间：激光加工的研允现状及发展趋势激光是由受激辐射经光放大形成的光辐射，加工用激光束有四个主要特征:单色性、相干性、方內性和能量密度高度集屮性。由于激光优异的光学特性且逐步发挥了其加工优势，解决了许多加工工艺难题。近年来，激光加工技术以每年25%〜35%的速度递增。在某些行业己成功运用激光进行材料的打孔、切割、焊接、热处理及激光测量等技术。本文将主要阐述激光焊接技术的发展现状及趋势。(一)激光焊接的特点：激光焊接时，激光的功率密度大，作用区很小，焊接速度特别快，所以焊接热影响区很

2、窄，焊接变形及焊接残余应力小。但是激光焊会产生很高的峰值温度和温度梯度，产生吸收和散射激光的等离子体，故激光能量利用率低，焊接过程不稳定，易形成组织缺陷，间隙适应能力差，易出现焊接错位和焊缝門陷等问题。(二)激光与其它热源复合焊接技术为消除或减轻激光焊接的缺陷，通过激光束与其它热源复合，通过两种热源协同效应，可以焊接两种单独热源难以完成的接头形式，获得单热源难以达到的高效焊接结果。(1)LB-TIGA：利用激光防止TIG电弧漂移，稳定电弧，同时TIG电弧增加激光吸收率，降低激光焊接对接头间隙的要求，大大提高焊接速度。匙孔直径比单一焊接人,利于气体的逸出，减

3、少了焊缝中的气孔。(2)LB-MIGA:降低对焊缝对中的耍求，增强焊接适应性，提高焊缝熔深，调节焊缝的化学成分，减少气孔等缺陷的形成。与MIG弧复合的形式大都采用旁轴复合形式。(3)LB-DA：与两个MIG电弧冋吋复合在一起。在无间隙接头焊接吋，激光一双电弧复合热源的焊接速度比一般的激光一MIG电弧复合热源提高33%,单位长度能量输入减少25%,且焊接过程稳定，远超过激光一MIG电弧复合热源的焊接能力。(4)LB-PA：与激光一电弧复合焊接不同，与等离子弧复合焊接时，等离子体是热源，它吸收激光光子能量并向工件传递，使激光能量利用率提高。只奋在起弧吋才需要高

4、频高压电流，等离子弧稳定，电极不暴露在金属蒸气中。P.T.Swanson等人研究了LB-PA复合热源焊接6mm厚钢板。相对于单独激光焊，复合焊接能够提高焊接速度、增加焊接熔深，这是由于激光与等离子弧的交互作用。当激光功率为4KW、等离子弧电流为100A吋，要在6mm厚的钢板上获得全熔透焊缝，焊接速度为单独激光焊的2倍。当激光功率为4KW、焊接速度为2m/min时，引入电流为100A的等离子弧使焊缝熔深提高25%:当焊接速度为3m/min时，焊缝熔深可提尚100%。等离子弧与TIG电弧相比，热作用区更窄、发散角小、弧能量密度大、弧长长、电弧稳定性好、最重要的

5、优点是引弧电流低，易引燃。等离子弧焊的电极在焊炬的喷嘴里，可以防止金属蒸气、溅射的金属材料及其他污染物等对电极的侵蚀。旁轴复合中，激光基本与工件垂直，而等离子枪与激光束有45°夹角。英国Convcntry大学从1992年至今一直使用400W的C02激光器与50A的等离子弧复合，焊接0.6〜0.8mm厚的不锈钢、钛和铝合金等材料，结果表明，与单独激光焊相比，复合焊接速度提高了1-1.5倍，且能够熔透高反射的铝合金材料。激光与等离子弧“协同效应”在较小激光功率和较低焊接速度条件下，可以显著增加焊缝熔深和熔宽比。随激光功率增大和焊接速度提高，激光与等离子弧的“协

6、同效应”减弱，复合焊接增大焊缝熔深和熔宽比的效果不明显。原理如图1:*光束1工件移动/-等离子孤等离子焊炬图1LB-PA旁轴复合原理图以上为激光与电弧的复合，原理阁如阁2所示:激光束工件焊炬焊接方向凝同金厲激光束W2激光与电弧复合原理阁(1)LB-1IRFW:利用高频感应热源对工件进行预热，在工件达到一定温度后，再用激光进行焊接。与单纯的激光焊接相比，可以改善接头组织性能、降低裂纹和气孔倾向，进一步提高焊接效率。原理阁如阁3:图3LB-HRFW原理图(2)LB-FSW:在搅拌头搅拌前利用激光能量预热工件，可获得较低的搅拌头磨损、较高的焊接速度、减少能量损耗

7、。原理如图4:图4LB-FSW原理图（三）激光复合焊接技术的展望将激光与其他热源复合的技术在19世纪70年代就为人所知，但直到现在激光复合焊接技术才引起广泛关注。激光复合焊接可以消除激光和其他单热源焊接存在的缺陷，综合了单一工艺的优点。复合焊接方法提高激光利用率，增大焊接熔深，提高焊接速度，改善焊接质量，是今后激光焊接发展的一大趋势。其屮激光一TTG焊、激光一等离子弧焊等激光电弧复合焊技术已广泛应用于汽车、船舶等制造业中，激光双光朿焊、激光与感应热源复合焊、激光与搅拌摩擦复合焊、等新方法在一些应用场合体现了其独特的优势。随着激光复合焊接方法与设备的不断成熟

8、，激光复合焊接必将在机械制造业中发挥更大的作用。参考文献111.张