激光焊接知识集锦讲解

激光焊接知识集锦

目录

激光焊接基本原理 ....................................................................... - 2

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激光焊接概述........................................................................... - 4

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激光传感器焊接技术的介绍与发展 ......................................................... - 6

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激光焊接技术及其在汽车制造中的应用 ..................................................... - 8

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激光塑料焊接概述..................................................................... - 13

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激光焊接基本原理

一、激光基本原理

1、LASER 是什么意思

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation （通过诱导放出实现光能增幅）的英语开头字母

2、激光产生的原理

激光——“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。

为了得到高能量密度、高指向性的激光，必须要有封闭光线的谐振腔，使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡，进而提高光强，同时提高光的方向性。含有钕（ND ）的YAG 结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为 1.064um 的近红外光。这种

光束在微弱的受激发情况下，也能实现连续发振。YAG 晶体是宝石钇铝石榴石的简称，具有优异的光学特性，是最佳的激光发振用结晶体。

3、激光的主要特长

a、单色性一一激光不是已许多不同的光混一合而成的，它是最纯的单色光（波长、频率）

b、方向性激光传播时基本不向外扩散。

c、相干性一一激光的位相（波峰和波谷）很有规律，相干性好。

d、高输出功率一一用透镜聚焦激光后，所得到的能量密度是太阳光的几百倍。

二、YAG 激光焊接

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激

光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。

常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。

I、激光焊接加工方法的特征

A、非接触加工，不需对工件加压和进行表面处理。

B、焊点小、能量密度高、适合于高速加工。

C、短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料。

D 、不需要填充金属、不需要真空环境（可在空气中直接进行）、不会像电子束那样在

空气中产生X 射线的危险。

E、与接触焊工艺相比.无电极、工具等的磨损消耗。

F、无加工噪音，对环境无污染。

G、微小工件也可加工。此外，还可通过透明材料的壁进行焊接。

H、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。

I、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。

J很容易搭载到自动机、机器人装置上。

K、对带绝缘层的导体可直接进行焊接，对性能相差较大的异种金属也可焊接。

2、脉冲激光焊接的机理

脉冲激光焊接可分为传热溶化焊接和深穿入熔化焊接传热溶化焊接是指当激光束照射到材料的表面上时，材料吸收光能而加热熔化。材料表面层的热以传导方式继续向材料深处传递，直至将两个待焊件的接触面互溶并焊接在一起。

深穿入熔化焊接是指当更大功率密度的激光束照射到材料上时，材料被加工熔化以至气化，产生较大的蒸汽压，在蒸汽的压力的作用下，溶化金属被挤在周围使照射处（熔池）呈现出一个凹坑，随着激光束的继续照射，凹坑越来越深，并穿入到另一个工件中。激光停止照射后，被排挤在凹坑周围的溶化金属重新流回到凹坑里，凝固后将工件焊接在一起。

这两种激光焊接机理，与功率密度、照射时间、材料性质、焊接方式等因素有关。当功率密度较低、照射时间较长而焊件较薄时，通常以传热溶化机理为主进行。反之，则是以深穿入熔化机理为主进行。

激光焊接概述

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。高功率CO 2及高功率YAG 激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔接，在机械、汽车、钢铁等工业部门获得了日益广泛的应用。

与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5:1 ，最高可达10:1 。可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。便如，将铜和钽两种性质截然不同的材料焊接在一起，合格率几乎达百分之百。也可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精密定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型元件的组焊中，例如，集成电路引线、钟表游丝、显像管电子枪组装等由于采用了激光焊，不仅生产效率大、高，且热影响区小，焊点无污染，大大提高了焊接的质量。

可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。在YAG 激光技术中采用光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广与应用。激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

YAG 激光焊接原理

激光焊接机的工作是应用高能脉冲激光来实现的。

激光电源首先把脉冲氙灯点着，通过激光电源对氙灯脉冲放电，形成一定频率，一定脉宽的光波，该光波经过聚光腔辐射到Nd3+:YAG 激光晶体上，激发Nd 3+:YAG 激光晶体发

光，再经过激光谐振腔谐振之后，发出波长为1064nm 脉冲激光，该脉冲激光经过扩束、反射、（或经光纤传输）聚焦在所要焊接的物体上；在单片机、PLC 或工业PC 机的控制下，移动数控工作台，从而完成焊接。焊接时所需要的脉冲激光的频率、脉宽、占空比、工作台速度、移动方向均可用单片机、PLC 或工业PC 机来控制，通过对激光的频率、脉宽的不同设定可调节控制脉冲激光的能量。

YAG 激光焊接的特点

YAG 激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、重叠焊、密封焊等，其特点有：

具有高的深宽比，焊缝宽度小，热影响区小，变形小，焊接速度快。焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理工件表面。

焊缝质量高，无气孔，可减少和优化母材杂质，组织焊后可细化，焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母材金属。

可精确控制，聚焦光斑小，可高精度定位，易实现自动化，可实现某些异种材料间的焊

接。

可焊接材料及行业应用

激光焊接可应用于钛、镍、锡、锌、铜、铝、铬、铌、金、银等多种金属及其合金，及

钢、可伐合金等合金的同种材料间的焊接，也可应用于铜-镍、镍-钛、铜-钛、钛-钼、黄铜- 铜、低碳钢-铜等多种异种金属间的焊接。

广泛应用于手机通讯、电子元件、眼镜钟表、首饰饰品、五金制品、精密器械、医疗器械、汽车配

件、传感器、工艺礼品等行业。

激光焊接与传统焊接方式的比较

焊接方式热影响区热变形焊缝质量是否添加焊料焊接环境激光焊接较小较小较好否无要求电子束焊较小较小较好否真空等离子弧焊一般一般一般是需电极电阻焊较大较大一般否需电极氩弧焊较大较大一般是需电极钎焊一般一般一般是整体加温