激光焊接工艺教材

（4）可以借助偏转棱镜或通过光导纤维引导到难以 接近的部位进行焊接。
（5）可进行微型焊接。激光束经聚焦后能精确定位， 可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组 焊中。
（6）大多数情况下激光焊接不需要填充材料，消除 了焊接材料产生的污染，降低了有益合金元素的 烧损。
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（2）可在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装 置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移； 在各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。
（3）焊接难熔材料并能实现异种金属的焊接，也可 用于非金属材料的焊接，如钛、石英等。
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• 按激光器输出能量方式不同，激光焊接分 为脉冲激光焊和连续激光焊；而据激光聚 焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分 为传热焊和深熔焊。
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(1) 传热焊
采用的激光光斑功率功率密度小于105W/mm2时，激光将 金属表面加热到熔点与沸点之间，焊接时，金属材料表面 将所吸收的激光能转变为热能，使金属表面温度升高而熔 化，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，使熔化区 逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊缝，其熔深轮廓近似为半 球形。这种焊接机理称为传热焊。传热焊的主要特点是激 光光斑的功率密度小，大部分光被金属表面所反射，光的 吸收率较低，焊接熔深浅，焊接速度慢。主要用于厚度小 于1mm件的焊接加工。
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激光焊的缺点
（1）设备复杂、投资大、功率较小，可焊接的 厚度受到一定的限制。
（2）激光器及用于激光束传导和聚焦的附属系 统成本和操作成本高。
（3）焊接中有大量反射。
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激光焊与其它焊接工艺的比较
件所产生的热量进行焊接的一种高精密熔 焊方法。 • 激光焊接在汽车、钢铁、船舶、航空、轻 工等行业得到日益广泛应用。
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二、激光焊的原理
• 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属 表面，通过激光与金属的相互作用，金属 吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结 晶实现焊接。
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（2）激光脉冲波形 当高强度激光未射至材料表面，金属表面将会有 60~98%的激光能量反射而损失掉，尤其对于薄 片焊接。
（3）激光脉冲宽度（略） （4）离焦量对焊接质量的影响
激光焊接通常需要一定的离焦量，焦点处光斑中 心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦 点的各平面上，功率密度分布相对均匀。
性能
产生热量 焊缝质量 焊接速度 原始成本 操作维修费用 夹具费用 可控性 自动化实现程度
可焊异种材料范围
激光焊
低 优 中等 中等 低 低 极好
极好
极宽
电阻焊
中等至高 良
中等 低 低 高 差
好
电子束焊 钨极氩弧焊
中等 优 高 高
中等 高 好
高 优 高 低 低 中等 好
好
好
窄
宽
窄
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激光在加工领域的应用
➢ 材料加工由手工加工
火焰加工
电加工，而激
光加工的出现正促使光加工时代转变，被誉为“未来制造
业的共同加工手段”。
➢ 激光加工代表着当前材料加工业的发展方向。世界各国都 把激光加工技术作为提高生产效率、降低成本、提高产品
质量以及具有国际竞争力的重要手段，将带来良好的经济
效益和社会效益。
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2 激光焊接的重要参数
（1）功率密度
功率密度是激光加工中最重要的参数之一。采用较 高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加 热至沸点，产生大量气化。因此高功率密度对材 料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较 低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒， 在表层气化前，底层达到熔点，易形成良好的熔 融焊接。
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(2) 深熔焊
当激光光斑上的功率密度足够大时(≥106W/mm2)，在激光的 照射下，金属表面温度在极短的时间内(10-8～10-6s)升高 到沸点，使金属熔化和汽化。金属蒸汽迅速逸出对熔化的 液态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面向下凹陷， 同时向坑外飞出的蒸汽将熔化的金属挤向熔池四周，形成 小孔。
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3 激光焊接的设定条件
激光焊接的设定条件包括下面两点： (1)激光功率：是使树脂熔化的热源。 (2)扫描速度：是激光束的移动速度。 同时，就材料而言，下面两点也很重要： (3)透射性材料的光线透射率 (4)透射性材料的厚度
激光的特性
（1）高方向性 激光发散角小，接近平行光，可用于定位、导向和测距等。 （2）亮度高(光强) 聚焦后光斑上的功率密度达1015W/cm2或更高，其亮度比太
阳光要亮100亿倍，可以进行材料加工或医疗外科手术。 （3）高单色性 其单色性比一般光高108-109倍以上，可把激光波长作为长度
的标准进行精密测量，或把其周期用作时间测量标准，应 用于激光通讯等。 （4）高相干性 单色性越好相干长度越长，可用于较长工件的高精度测量与 校验。
➢ 激光束能量密度高，加工速度快，工件变形小、热影响区 小，后续加工量小；它可以对多种金属、非金属加工，特
别是可以加工高硬度、高脆性及高熔点材料。
激光加工主要工业领域
钢铁
汽车 机械
航空与航天
建筑
电子与电器 船舶 其他
6.2激光焊
6.2.1激光焊原理、特点及其应用 一、激光焊及其应用 • 激光焊是利用高能量密度的激光束轰击焊
当光束能量所产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面 张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳 定的孔而进行焊接，因此称之为激光深熔焊。
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三、激光焊的工艺特点
激光焊的优点：
（1）焊接速度快、能量密度高、灵活性大。深宽比 可达5：1，最高可达10：1。