激光焊-终稿2011.11.2

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1、激光焊接主要内容：一、激光焊的基础理论二、激光焊接的基本原理三、激光焊接设备四、激光焊接工艺五、激光焊接工艺六、激光焊接新方法简介一、激光焊的基础理论1.1激光焊的概念、发展及优缺点激光焊接(laserbeamwelding,简称LBW)是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高度精密的焊接方法。它是随着激光技术的发展而开始得到应用并逐步发展起来的新型焊接技术。自从上世纪60年代中期将红宝石激光应用于焊接技术以来，至今激光焊接技术已经历了40余年的发展历史。与常规的熔化焊焊接技术相比，激光焊接技术及激

2、光焊焊接接头具有以下多方面的优点：焊缝组织多为极细树枝晶，接头综合力学性能优良；激光焊接过程中存在着净化效应，焊缝中有害杂质含量较低，有更好地抗气孔和抗裂纹能力；焊接线能量小，焊道窄、焊缝深宽比大，热影响区极窄，工件收缩和变形较小；焊接生产效率高，可进行精确焊接并易于实现生产过程的自动化；较易于实现异种材料和非对称接头的焊接；可焊到性好，能够焊接其他焊接方法难以焊到的位置。1.2激光焊的概念、发展及优缺点表1.1比较了激光焊接与传统焊接方法的焊接性能。1.3激光焊接和传统焊接工艺的比较1.3激光器的

3、种类及激光焊的应用1.随着激光器开发研究的进展，多种新型激光器陆续在工业生产中出现：如直流板条式CO2激光器、二极管泵浦的Nd:YAG激光器、大功率半导体、光纤激光器等。激光器的功率等级也越来越大，45kW的CO2激光器、5kW的Nd:YAG激光器已上市。2.随着大功率激光器商品化进程的加快，激光焊接在工业领域的应用范围正迅速扩大，目前，使用大功率的激光焊接设备可以对包括低碳钢、低合金高强钢、不锈钢、铁镍合金、铝及铝合金、钛及钛合金等多种金属材料进行有效的焊接，并获得优质的焊接接头。3.激光焊接的熔

4、深也由不足1毫米猛增到十几甚至是几十毫米，由于可焊材料范围广泛，接头质量优异和生产效率的提高，激光焊接技术的应用领域日益广泛，有了更大的工业实用性。主要应用汽车制造、航空航天和电器设备制造领域都是激光焊接技术的领域。尤其是在汽车制造领域，多种汽车零部件的焊接都可由自动化的激光焊接设备完成。此外，在航空航天、核工业和电器设备制造领域，激光焊接也有大量的应用实例。随着这些工业领域和微电子、医疗以及轻工业领域的迅猛发展，零件结构形状越来越复杂，对材料性能的要求越来越高，对加工精度和表面完整性的要求也越来越

5、高，激光焊接技术作为现代高科技的产物，必然会得到越来越广泛的应用，成为现代工业生产中必不可少的加工工艺手段之一。1.3激光器的种类及激光焊的应用1.激光产生过程激光(laser)和无线电波、微波一样，都是电磁波，也具有波粒二象性。但激光的产生机理和产生过程与普通光完全不同，因此决定了激光具有一系列比普通光更为优异的特征和性能。受激辐射理论为激光的产生奠定了理论基础；粒子数反转分布是激光产生的必要条件；受激辐射理论，粒子数反转分布和谐振腔三者的结合，使激光的产生成为可能。当然，激光器工作时，一方面工作

6、物质要产生受激辐射，进行光的放大；另一方面，还会产生损耗削弱甚至抵消增益。这些损耗包括衍射损失、散射损失和镜片的反射损失等。只有增益大于总的损耗，才能产生激光输出。1.4激光的产生及其物理特性图1是激光产生过程和激光产生的基本条件示意图。1.4激光的产生及其物理特性2.激光束的模式根据经典电磁理论和量子力学，激光是一种电磁波，它在谐振腔内振荡并形成稳定分布后，只能以一些分立的本征态出现。这些分立的本征态就称做腔模。而谐振腔中激光的每一个分立的本征态就是一个模式。每个模式都有一对应的特定频率和特定空间

7、场强的分布。采用稳定腔，典型的轴对称横模和对光轴旋转对称的横模及它们相应的m、n值如图所示。（a）轴对称横模（b）旋转对称横模图1.5激光的模式与mn值1.4激光的产生及其物理特性3.激光的物理特性1.4激光的产生及其物理特性激光除了具有普通光的反射、折射、干涉、衍射、偏振等性质外，还具有普通光所不具备的优异特性。1.高强度一束光汇聚后的温度，主要取决于光源发出光的强度。光强度定义为单位时间通过单位面积的能量，普通光由于方向性很差，所以光强度很低；而激光由于谐振腔对光束方向性的限制，激光束的发散角很

8、小，所以光强度很高。2.高方向性普通光源是自发辐射，由于光是直线传播，发光面发出的光向各不同方向传播，因此，普通光的发散角很大，一般为4πrad，即使是探照灯，其发散角也有10-1rad数量级。而激光器发出的激光是受激辐射，谐振腔对光束方向性的限制使得激光束的发散角很小，一般是毫弧度(10-3rad)数量级。激光束的发散角越小，其方向性越好。而方向性越好，表明激光束传播到很远的距离仍可保持高强度，这就为激光的各种应用提供了可能。不同类型激光器发出激光的方向性有很大的差