激光焊与切割

《激光焊与切割》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、激光焊与切割一、激光焊(一)、焊接(含切割)用激光器的特点为了便于比较，现将主要的焊接用激光器的特点加以比较，见表1。表1焊接(含切割)用激光器的特点(二)、激光焊接分类根据激光对工件的作用方式，激光焊接可分为脉冲焊和连续激光焊。脉冲焊接时，输入到工件上的能量是断续的、脉冲的。脉冲激光焊中大量使用的脉冲激光器主要是YAG激光器。YAG激光器适用的重复频率宽。此外还可将连续输出的YAG激光器和CO2激光器用于脉冲焊接，最简单的办法就是打开或关闭装在激光器上的光闸。根据实际作用在工件上的功率密度，激光焊接可分为热传导焊接(功率密度小于

2、105W/cm2)和深熔焊接(功率密度大于等于105W/cm2。热传导焊接时，工件表面温度不超过材料的沸点，工件吸收的光能转变为热能后，通过热传导将工件熔化，无小孔效应发生，焊接过程与非熔化极电弧焊相似，熔池形状近似为半球形。深熔焊接时，金属表面在光束作用下，温度迅速上升到沸点，金属迅速蒸发形成的蒸汽压力、反冲力等能克服熔融金属的表面张力以及液体的静压力等面形成小孔，激光束可直接深入材料内部，因而能形成深宽比大的焊缝。图1为激光深熔焊接示意图。图1激光深熔焊接示意图(三)、金属材料的激光焊接所有可以用常规方法进行焊接的材料或具有治

3、金相容性的材料都可采用激光焊接，一些用常规方法难焊的材料，如高碳钢、高合金工具钢以及钛合金等，也可采用激光焊接。影响材料激光焊接性的因素除了材料本身的治金特性以外，还包括材料的光学性能，亦即材料对激光的吸收能力。吸收能力强的材料易于焊接，而吸收能力差(反射率大)的材料(如AI、Cu等)焊接较困难。(1)碳钢及合金钢采用合适的规范参数对低碳钢进行焊接时，焊缝具有良好的拉伸和冲击等机械性能，用X射线进行检验的结果也很好。国内外均已采用激光焊接汽车齿轮，而这种齿轮原来只用电子束焊接国外对三种民用船舶船体结构钢(编号分别为A、B、C)的激

4、光焊接进行了实验研究。实验板材的厚度范围为:A级-9.5~12.7mm,B级-12.7~19.0mm,C级-25.4~28.6mm。钢的W(C)不大于0.23%，W(Mn)为0.6%~1.03%，钢的脱氧能力从A级到C级依次递增。焊接时，使用的激光功率在10KW左右，焊接速度为0.6~1.2m/min。除对厚度为19.0mm和25.4mm的板材进行正反两边焊外，其他试件均为一次焊双面成形。通过对试件进行拉伸、弯曲以及冲击等实验表明，激光焊接头性能良好。美国海军对潜艇压壳用Hy-130合金钢的激光焊接表明，接头的力学性能，如断裂强度

5、、伸长率等，比其他常规方法所焊接头的性能优越。冲击实验表明，激光焊接头的DT能(动态撕裂能)接近母材，而且冲击韧度优于母材。(2)不锈钢用激光焊接18-8型(304型)不锈钢，从薄板到厚板(0.1~12mm)均可获得成形美观、性能良好的焊接接头。对镍-铭系300型不锈钢进行深熔焊接表明，焊缝深宽比可达12:1;经X射线检验表明，焊缝致密，无缺陷。当焊接工艺参数合适时，接头可与母材等强度。对薄壁18-8钛型(321型)不锈钢管的焊接实验也获得了满意的结果，焊缝抗拉强度达6560Mpa，并破断在母材区，焊缝区硬度值也较高，扫描电镜实验

6、显示焊缝为极细的指状组织。(3)耐热合金许多镍基和铁基耐热合金都可进行脉冲和连续激光焊接。通过对铁基合金M-152和航空发动机中使用的三种镍基耐热合金(PK33、C263、N75)的激光焊接表明，接头力学性能与母材几乎相当。Dop-14合金和Dop-26合金是两种宇航用铱基合金，它们具有很高的熔点，具有优良的高温强度和抗氧化性，用激光对其进行焊接时，焊缝晶粒很细，可消除金属钍在晶界偏析所产生的热裂现象，获得无裂纹的焊缝，而用常规的钨极氩弧焊则是难以办到的。国外对厚度为6.4mm的Inco-718镍基合金组件，用大功率(8~14KW

7、)CO2激光器对其进行了成功的焊接，表2是接头的力学性能实验数据。表2Inco-718合金激光焊接头的力学性能(4)铝及铝合金铝及其合金的激光焊接是比较困难的，一方面是由于工件表面在开始时的反射率极高(超过90%);反射率又不稳定;另一方面，随着温度的升高，氢在铝中的溶解度急剧增加，焊缝中普遍存在着气孔。因此，对这类材料进行焊接时，工件表面需进行预处理，且需要大功率的激光器。国外有人使用8KW的CO2激光焊透12.7mm的5456型铝合金，但焊缝强度比母材低的多，这主要是因为母材中的Mg、Mn元素地激光吸收能力强，形成了择优蒸发，

8、最后导致焊缝中的AI3Mg2强化相减少。尽管激光焊铝及其合金存在较大困难，但通过大量研究表明，采用10KW左右的激光束和气保护系统，对抗海洋腐蚀性能良好的铝，镁合金(5000系列)已进行了成功地焊接。采用6KW的激光器焊接9.5mm的板材料，焊缝虽