激光焊概述课件.ppt

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1、第二章激光焊教学目标：1.了解电子束焊接的原理、工艺特点、分类及应用范围；2.能够制定焊接工艺，熟悉基本操作方法与安全防护。第一节激光焊概述激光焊（LaserBeamWelding，LBW）-----是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密的焊接方法。与传统的焊接方法相比，激光焊具有能量密度高、穿透力强、精度高、适应性强等优点。作为现代高科技产物的激光焊，已成为现代工业发展必不可少的加工工艺。随着航空航天、电子、汽车制造、医疗及核工业的迅猛发展，产品零件结构形状越来越复杂，对材料性能的要求不断提高，对加工精度和接头质量的要求日益严格，同时企业

2、对加工方法的生产效率、工作环境的要求也越来越高，传统的焊接方法难以满足要求，以激光束为代表的高能束流焊接方法，日益得到重视并获得了广泛的应用。一、激光焊原理及特点（一）激光焊的原理激光---指激光活性物质或称工作物质受到激励，产生辐射，通过光放大而产生一种单色性好、方向性强、光亮度高的光束。激光经透射或反射镜聚焦后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106～1012w／cm2的能束，可用作焊接、切割及材料表面处理的热源。激光焊实质上是激光与非透明物质相互作用的过程，这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化

3、等现象。1.激光的反射与吸收被反射金属自由电子密度越大，即电导率越大，对激光的反射率越高，金、银、铜、铝及其合金对激光的反射比其他金属材料要大得多。光亮的金属表面对激光有很强的反射作用。被焊件吸收激光焊的热效应取决于焊件吸收光束能量的程度，常用吸收率来表征。影响激光吸收率的因素：金属的性质、温度金属对激光的吸收率随着温度的上升而增大，随着电阻率的增加而增大。室温时材料对激光的吸收率仅为10％以下，而在熔点以上吸收率将急剧提高。金属表面状态金属表面状态（氧化膜、表面粗糙度、表面涂层等）对入射激光的吸收影响较大。金属表面存在氧化膜可显著增大对波长为10.

4、6μm激光的吸收率。金属表面越粗糙，对激光的吸收率越高。为增大激光吸收率，可对金属表面进行喷砂处理，应用机械或化学方法对金属表面进行涂层，都可有效增大金属对激光的吸收率。激光的波长激光器辐射波长越短，金属的反射系数就越小，所吸收的光能就越多。激光的功率密度激光焊时，激光光斑的功率密度超过阈值（大于106W／cm2），光子轰击金属表面导致汽化，金属对激光的吸收率就会发生变化。当材料没有发生汽化时，不论处于固相还是液相，其对激光的吸收仅随表面温度的升高而有较慢的变化；一旦材料出现汽化，蒸发的金属形成等离子体，可防止剩余能量被金属反射掉。如果被焊金属具有良

5、好的导热性能，则会得到较大的熔深，形成小孔，从而大幅度提高激光吸收率。2．材料的加热激光光子入射金属晶体光子与电子发生非弹性碰撞电子获得能量电子由低能级跃迁到高能级与其他电子碰撞以及与晶格的互相作用光子的能量转化为晶格的热振动能材料温度升高，材料表面及内部温度改变。金属内部电子间互相碰撞时，每个电子两次碰撞间的平均时间间隔为10-13s的数量级。3．材料的熔化及汽化激光加工时，材料吸收的光能向热能的转换是在极短的时间（约为10-9s）内完成的。在这个时间内，热能仅仅局限于材料的激光辐射区，而后通过热传导，热量由高温区传向低温区。激光焊时，材料达到熔点

6、所需的时间为微秒级。脉冲激光焊时，当材料表面吸收的功率密度为105w／cm2时，达到沸点的时间为几毫秒。当功率密度大于106w／cm2时，被焊材料会产生急剧的蒸发。在连续激光深熔焊接时，正是由于蒸发，蒸气压力和蒸气反作用力等能克服熔化金属表面张力以及液体金属静压力而形成“小孔”。形成的“小孔”类似于“黑洞”，它有助于对光束能量的吸收。另外，激光束射入小孔中时，显示出“壁聚焦效应”。由于激光束聚焦后不是平行光束，与孔壁间形成一定的入射角，激光束照射到孔壁上后，经多次反射而达到孔底，最终被完全吸收。4．焊缝的形成激光焊过程中，工件和光束做相对运动，由于剧

7、烈蒸发产生的表面张力使“小孔”前沿的熔化金属沿某一角度得到加速，在“小孔”后面的近表面处形成如图2－2所示的熔流。此后，“小孔”后方液态金属由于散热的结果，温度迅速降低，液态金属很快凝固，形成连续的焊缝。（二）激光焊的特点1.优点焊缝深宽比大可获得深宽比大的焊缝，激光焊的深宽比目前已超过12：1，焊接厚件时可不开坡口一次成形。可焊材料多适宜于常规焊接方法难以焊接的材料，如难熔金属、热敏感性强的材料以及热物理性能、尺寸和体积差能殊的工件间焊接；也可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等。功率密度高聚焦后的激光束功率密度可达105～107w/cm2，甚

8、至更高，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，易于实现深熔焊和高速焊，特别适于精密焊接和微细焊接。可达性