激光焊接技术.ppt

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1、第3章激光焊接技术3.1　概　述3.2激光焊接原理3.3激光焊接技术参数的作用与实验选择3.4激光焊接实用举例3.5激光焊接技术的发展前景3.1　概　述激光焊接是一种无接触加工方式，对焊接零件没有外力作用。激光能量高度集中，对金属快速加热后快速冷却，对许多零件来讲，热影响可以忽略不计，可认为不产生热变形或者说热变形极小。能够焊接高熔点、难熔、难焊的金属，如钛合金、铝合金等。激光焊接过程对环境没有污染，在空气中可以直接焊接，与需在真空室中焊接的电子束焊接方法比较，激光焊接技术简便。激光焊接在电子工业、国

2、防工业、仪表工业、电池工业、医疗仪器以及许多行业中均得到了广泛的应用。图3.1激光焊接的零件3.2　激光焊接原理激光焊接常用的激光光源是气体CO2激光器和固体YAG激光器，依激光器输出功率的大小和工作状态，激光器工作的方式有连续输出方式和脉冲输出方式。被聚焦的激光光束照射到焊件表面的功率密度，一般在104～107W/cm2。其焊接的机制也因功率密度的大小，区分为激光热传导焊接和激光深熔焊接。3.2.1　激光热传导焊接焊件结合部位被激光照射，金属表面吸收光能而使温度升高，热量依照固体材料的热传导理论向金

3、属内部传播扩散。激光参数不同时，扩散时间、深度也有区别，这与激光脉冲宽度、脉冲能量、重复频率等参数有关。被焊工件结合部位的两部份金属，因升温达到熔点而熔化成液体，很快凝固后，两部份金属熔接焊在一起。热传导型激光焊接，需控制激光功率和功率密度，金属吸收光能后，不产生非线性效应和小孔效应。激光直接穿透深度只在微米量级，金属内部升温靠热传导方式进行。激光功率密度一般在104～105W/cm2，使被焊接金属表面既能熔化又不会汽化，而使焊件熔接在一起。图3.2YAG激光头照片3.2.2　激光深熔焊接与激光热传导

4、焊接相比，激光深熔焊接需要更高的激光功率密度，一般需用连续输出的CO2激光器，激光功率在200～3000W的范围。激光深熔焊接的机制与电子束焊接的机制相近，功率密度在106～107W/cm2的激光光束连续照射金属焊缝表面，由于激光功率热密度足够高，使金属材料熔化、蒸发，并在激光光束照射点处形成一个小孔。这个小孔继续吸收激光光束的光能，使小孔周围形成一个熔融金属的熔池，热能由熔池向周围传播，激光功率越大，熔池越深，当激光光束相对于焊件移动时，小孔的中心也随之移动，并处于相对稳定状态。小孔的移动就形成了焊

5、缝，这种焊接的原理不同于脉冲激光的热传导焊接。图3.3激光深熔焊接小孔效应示意激光深熔焊接依靠小孔效应，使激光光束的光能传向材料深部，激光功率足够大时，小孔深度加大，随着激光光束相对于焊件的移动，金属液体凝固形成焊缝，焊缝窄而深，其深宽比可达到12：1。激光深熔焊接需要足够高的激光功率，但几百瓦的CO2激光器，当激光模式好时，也能产生小孔效应，这是因为基模光束聚焦后能够获得高功率密度。图3.4CO2深熔焊接机示意激光深熔焊接的焊接速度与激光功率成正比，熔深与速度成反比，欲使熔接速度增加、熔深加大，就必

6、须选用大功率激光器。为获得高速度、高品质的焊接效果，常用1500～3500W之间的连续CO2激光器进行焊接。图3.5大功率CO2激光器内部结构及外形3.3　激光焊接技术参数的作用与实验选择3.3.1　激光焊接技术的主要参数对脉冲激光器来讲就是平均激光功率的大小，保证了足够的激光功率，在热传导焊接中，激光器工作于脉冲状态，因而脉冲能量、脉冲宽度和激光重复频率就是很重要的参数。当然，激光外光路的设计、聚焦系统、焊接时离焦量大小的影响也是必须注意的，焊接的速度或者说光斑的重叠率，激光脉冲的重复频率，也要有

7、适当的配合。为了防止焊接过程中工件材料的氧化，需要选用适当的保护气体，而且保护气体的流量大小、吹气方式，或者说是吹气喷嘴形状的设计都是很有关系的。图3.6激光焊接头的实物照片3.3.2　激光焊接主要参数的选择一、激光功率激光功率的大小是激光焊接技术的首选参数，只有保证了足够的激光功率，才能得到好的焊接效果。激光功率较小时，虽然也能产生小孔效应，但有时焊接效果不好，焊缝内有气孔，激光功率加大时，焊缝内气孔消失，因此激光深熔焊接时，不要采用勉强能够产生小孔效应的最小功率。适当加大激光功率，可以提高焊接速度

8、和熔深，只有在功率过大时，才会引起材料过分吸收，使小孔内气体喷溅，或焊缝产生疤痕，甚至使工件焊穿。图3.7不同焊接参数与熔深的关系为使焊缝平整光滑，实际焊接时，激光功率在开始和结束时都设计有渐变过程，启动时激光功率由小变大到预定值，结束焊接时激光功率由大变小，焊缝才没有凹坑或斑痕。二、激光脉冲宽度激光热传导焊接中，激光脉冲宽度与焊缝深度有直接关系，也就是说脉冲宽度决定了材料熔化的深度和焊缝的宽度。据文献记载，熔深的大小随脉宽的1/2次方增加。如果单纯增加