激光焊接基础[哈工大讲义]
机械设备制造激光焊接培训课件3页
目录? 一、激光基础知识? 二、激光焊原理? 三、激光焊接在DPCA 白车身生产中的主要应用? 四、激光钎焊4.1 激光钎焊系统构成及主要设备4.2 对产品及冲压件的要求4.3 影响焊接质量的因素4.4主要焊接缺陷? 五、激光熔焊5.1 激光熔焊系统构成及主要设备5.2 对产品及冲压件的要求5.3 影响焊接质量的因素5.4 主要焊接缺陷LASER ：Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation一、激光基础知识利用受激辐射实现光的放大激光工作物质泵浦源谐振腔单色性好激光的显着特征方向性好、亮度高相干性好 激光焊培训课件【最新资料，WORD 文档，可编辑修改】激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、规则有序的大振幅光波。
激光器输出的光束发散角度小于10 -3 ～10 -5 弧度光束的模式通常把光波场的空间分布分解为沿传播方向的分布和垂直于传播方向的横截面内的分布。
分别称为纵模和横模。
纵模主要影响激光的频率，对加工性能影响很小。
横模主要影响激光能量在横截面的分布，对加工性能影响很大。
Laser group Laser medium Pump mechanism Wave length Power range Example/ rangeof use气体激光气体或蒸气电激发气体发光 CO 2 -lasers /材料加工HeNe-laser /测量技术受激原子激光 /测量，化学成像.10,6 μm(远红外线)633 nm (rot)175 - 583 nm(紫外线)Up to. 25 kW< 0,1 W< 1000 W(no CW operat.)固体激光晶体或玻璃闪光灯,弧光灯,发光二极管为激发源Nd:YAG-Laser /Nd:Glas-Laser /材料加工Rubin laser红宝石1,06 μm(near IR)694 nm (rot)Up to 6 kW< 20 W (no cw)半导体激光半导体弧光灯，激光用于光谱学可调节.300 nmto1,2 μm< 100 W电激发 670 - 880 nm < 5 W< 100 W< 5000 W染料激光一种浓度很稀的有机染料Single emitter1 cm barrenstacks激光的分类红外光可见光紫外光400-450 W 800-1000 Wenviron 1500 mmSource LASER 激光源Module FIBRE光纤模块Diode POMPAGE二极管DPCA所使用的激光器——光纤激光器UV - C UV - B UV - A IR - A IR - B IR - C10 nm 10 6 nm角膜炎结膜炎白内障红斑视觉损坏视网膜灼伤皮肤灼伤白内障角质灼伤眼睛皮肤射线的穿透性眼睛看YAG固体激光器的线束，会被无知觉的灼伤视网膜（不可逆转的）。
激光焊接
13 Security Classification
激光焊接基本原理
Deeper Penetration更深穿透 Greater Porosity更多多孔 More Expulsion/Spatter更多飞溅
Power
Shallower Penetration更浅穿透 Less Porosity更少多孔 Cleaner welds with no porosity 更干净焊接没有飞溅
激光焊接
Laser Welding
1 Security Classification
Content目录
Laser theory introduction 激光产生原理 Laser basic parameters 激光基本参数
Laser welding theory introduction 激光焊接基本原理
Common defects and countermeasures 激光焊接常见缺陷及应对措施
2 Security Classification
激光产生原理
能级 电子处于一些固定的“能级”，不同的能级对应于不同的电子能 量，离原子核越远的轨道能量越高。
跃迁
电子可以通过吸收或释放能量从一个能级跃迁到另一个能级。电 子能吸收一个光子，从一个较低的能级跃迁至一个较高的能级。 同样地，一个位于高能级的电子也会通过发射一个光子而跃迁至 较低的能级。在这些过程中，电子释放或吸收的光子能量总是与 这两能级的能量差相等。由于光子能量决定了光的波长，因此， 吸收或释放的光具有固定的颜色。 受激吸收 受激吸收就是处于低能态的原子吸收外界辐射而跃迁到高能态。
激光工作介质
激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是气体、液体、固体或半 导体。关键是能在这种介质中实现粒子数反转，以获得产生激光的必 要条件。
激光焊接基本原理讲解
激光焊接基本原理讲解激光焊接是一种高能密度、高速度、高精度的焊接技术，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子制造、通信设备等领域。
激光焊接基本原理主要包括光学原理、热传导原理、材料相互作用原理和焊接过程控制原理。
光学原理是激光焊接的基础。
激光是一种特殊的光束，具有单色性、相干性和方向性。
激光器通过电子激发的方式产生一束具有高能量密度的光，然后经过光束整形、光束传输和光束聚焦等步骤，将光束聚焦到焊接接头上，形成一个焦点，使焊接接头处的工件局部加热至熔化或变软状态。
热传导原理是激光焊接中的重要因素。
激光焊接是通过加热工件表面使其熔化，并通过热传导使熔化区域扩散到接缝两侧，实现焊接连接。
当激光束聚焦到焊接接头上时，光能被吸收并转化为热能，工件表面温度迅速升高，超过了金属的熔点，从而使接头处的金属熔化。
然后，由于热传导作用，熔化区域的温度逐渐降低，热量向接头两侧传导，使熔化区域逐渐扩散到接头两侧的工件上，最终形成一道连续的焊缝。
材料相互作用原理是指激光和材料之间的相互作用过程。
激光通过与工件表面相互作用，使金属吸收激光能量并转化为热能，从而引发熔化和变形。
金属在激光束的作用下，表面的氧化物和附着物会蒸发或溶解，使金属表面得到净化。
同时，激光还能通过与金属表面的反射和散射以及与烟雾或气体的相互作用，影响激光束的传输和能量聚焦效果。
焊接过程控制原理是激光焊接的关键。
激光焊接过程中，需要控制激光功率、焦距、焊接速度和焊接时间等参数，以实现理想的焊接效果。
激光功率直接影响焊接接头的熔化和热影响区大小，过高或过低的功率都会影响焊接质量。
焦距决定焦点的位置和焦点大小，过大或过小的焦距都会导致焊接效果不理想。
焊接速度和焊接时间决定了焊缝的宽度和深度，过快或过慢的速度都会对焊接质量产生影响。
综上所述，激光焊接基本原理包括光学原理、热传导原理、材料相互作用原理和焊接过程控制原理。
通过理解和控制这些原理，可以实现高能量密度、高速度和高精度的激光焊接，提高焊接质量和生产效率。
激光焊基础知识培训
检查激光器水流量，检查管路、过滤器，温度标准＜32°
自动
YES
NO
YES
光纤安全回路中断
检查光纤回路,检查引导光，检查温度
手动
NO
NO
YES
反射光高
检查光学镜片是否污染，检查加工参数、焦点位置、激光功 率、加工角度
手动
YES
NO
YES
某个激光模块损坏或被停用
启用备用模块、如无备用模块，重置可以较低功率出光 手动
2、焊接速度
焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工 件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在 其中相应速度值时可获得最大熔深。 3、离焦量 激光焊接通常需要一定离焦量，因为激光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。 离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦点位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光 学理论，当正负离焦量相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形 状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。当负离焦时，材料内部 功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应 用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。
高反射 High back reflection
激光模块故障 Laser module failure
水冷机故障 Chiller failure
水冷机错误 Chiller error
合束器故障 Combiner failure
熔接盒故障 Splicebox failure
原因 Cause
激光焊接_精品文档
• 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。
激光深熔焊接
与激光热传导焊接相比，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缝，这种焊 接的原理不同于脉冲激光的热传导焊接。
（5）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置 在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再 导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥；
（6）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境 在控制下）；
（7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料；
（8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电 脑控制；
• 。如果单纯增加脉冲宽度，只会使焊缝变宽、过 熔，引起焊缝附近的金属氧化、变色甚至变形。 因此，特殊要求较大熔深时，可使聚焦镜的焦点 深入材料内部，使焊缝处发生轻微打孔，部份熔 化金属有汽化飞溅现象，焊缝深度变大，此时焊 缝表面平整度可能稍差。必要时，改变离焦量重 复焊接一遍，可使焊缝表面光滑美观。
PD激光焊接讲义
正确的操作
• 2．关电源柜部分 • 1）高压 • 2） 预燃 • 3）关机 • 4）关水泵 • 5）关闭空气开关
正确的操作
• 3．关外循环水部分 • 1）关机(制气空调) • 2）水泵 • 3）关闭空气开关
注意
• 1、关机每步之间应有稍有停顿。 • 2、在关电源柜部分中，关水泵时应当工作
电压将到接近“0”时，才关闭水泵。
正确的找出焦点方法正确的找出焦点方法11声度最大声度最大22飞溅最高飞溅最高33溶深最深溶深最深44焊点的外观下陷有坑焊点的外观下陷有坑负焦区的使用负焦区的使用据焊点要求成据焊点要求成u防止出洞把激光的能量将低又避开焊防止出洞把激光的能量将低又避开焊区的薄弱部分区的薄弱部分偏心偏心偏离焊缝中心偏离焊缝中心在我们正常焊接时所用的负焦点向在我们正常焊接时所用的负焦点向上咯抬12mm12mm作业作业用不锈钢棒调整激光焊机的能量用不锈钢棒调整激光焊机的能量使焊点使焊点表面光亮平整
正确的操作
• 3、开操作柜部分 ： • 1）照明 • 2）校准 • 3）外控
注意
• 1、在开机过程每步之间应有5——8秒的停
顿时间，并看到其相对的指示灯后，才开 其下步。 • 2、在预燃时可能要时间稍长点，只有在预 燃后，才开启高压。
正确的操作
• 二．关机： • 1、关操作柜部分 • 1）照明 • 2）校准 • 3）外控
激光封装教育训练
宁波环球广电科技有限公司
生产一课
简介
• 激光，全称为受激辐射光放大。它是一种
新光源，其所具有的相干性、单色性、方 向性与高输出功率等特点，是其它光源所 无法比拟的 。
• 将激光聚焦到一点，焦平面上的功率密
度可达到105--1013w/cm2 。 • 激光焊接就是利用激光束优良的方向性 和高功率密度等特点来进行工作的，通 过光学系统将激光束聚集在很小的区域， 在极短的时间内，使被焊处形成一个能 量高度集中的局部热源区，从而使被焊 物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。
激光焊接的基本概念
激光焊接的基本概念激光焊接的基本概念激光焊接是一种常见的材料连接技术，利用激光束将两个或多个工件熔化并连接在一起。
以下是激光焊接的几个基本概念和相关内容：激光束激光束是激光器产生的高能光束，具有高能量密度、高聚焦度和高单色性等特点。
激光束在激光焊接过程中被用来加热和熔化工件表面。
熔化池激光束照射到工件表面后，会造成局部区域的加热和熔化，形成一个熔化池。
熔化池是激光焊接中焊接材料部分的熔化状态，它是实现焊接的关键。
扩散激光焊接扩散激光焊接是激光焊接的一种常见形式，通过利用高能量密度的激光束在焊接接头上产生瞬时的高温，使工件表面材料融化并通过扩散连接在一起。
深熔激光焊接深熔激光焊接是一种高能量密度的激光焊接方法，激光束能够穿透工件表面，使得工件内部材料熔化。
这种焊接方法适用于大型工件或需要在较深位置进行焊接的情况。
激光焊接的优势•高精度：激光束可以通过光学系统进行精确聚焦，实现高精度焊接。
•快速：激光焊接速度快，能够在短时间内完成焊接作业。
•无接触：激光束不需要直接接触工件，减少了工件变形的风险。
•高强度连接：激光焊接能够产生高强度的焊接连接，大大提高了连接部位的强度和耐用性。
激光焊接的应用领域激光焊接广泛应用于各个行业，包括但不限于以下几个方面： - 电子和电器行业：用于电子器件的焊接和连接。
- 汽车行业：用于车身和零部件的焊接和拼接。
- 航空航天行业：用于航空零部件的连接和修复。
- 金属加工行业：用于金属板材、管道和构件的焊接和拼接。
以上是激光焊接的基本概念和相关内容介绍。
激光焊接作为一种高效、高精度的连接技术，在工业制造中发挥着重要的作用。
并且，激光焊接还具有以下一些特点和相关内容：激光焊接的适用材料激光焊接适用于多种材料的焊接，包括金属、塑料、玻璃等。
不同材料的焊接需要选择合适的激光参数和技术方法。
激光焊接的工艺参数激光焊接的质量和效果与工艺参数密切相关。
常用的工艺参数包括激光功率、焦距、焊接速度等。
激光焊接ppt课件
3．钎焊
• 钎焊是指用比母材熔点低 的金属材料作为钎料，用 液态钎料润湿母材和填充 工件接口间隙并使其与母 材相互扩散的焊接方法。
• 钎焊变形小，接头光滑美 观，适合于焊接精密、复 杂和由不同材料组成的构 件，如硬质合金刀具和印 刷电路板等。
• 钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污 和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙，一般要求在 0.01～ 0.1毫米之间。
小孔效应焊——穿透焊
激光焊的应用
激光焊接应用——汽车制造
汽车制造业发展趋势
激光焊在汽车制造中应用形式
激光拼焊
汽车传动零部件激光焊接
汽车传动零部件激光焊接
• 用激光可以焊 接一些要求强 度高、变形小, 用传统方法无 法焊接的特种 材料的汽车零 部件
激光加工技术在汽车中的应用
激光加工应用——船舶制造
激光焊接的主要缺点
（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。 （2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与
激光束将冲击的焊点对准。 （3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件，
生产线上不适合使用激光焊接。 （4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接
性会受激光所改变。 （5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离
• 熔化极气体保护电弧焊通 常用的保护气体有：氩气 、氦气、CO2气或这些气 体的混合气。
2.电阻焊
• 电阻焊一般是使工件处在 一定电极压力作用下并利 用电流通过工件时所产生 的电阻热将两工件之间的 接触表面熔化而实现连接 的焊接方法。
• 焊接电流大，通电时间短 ，设备昂贵、复杂，生产 率高，因此适于大批量生 产。主要用于焊接厚度小 于3mm的薄板组件。
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激光焊接基础李俐群哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室你应该知道：1. 激光可以进行哪些加工？ 2. 常用的工业激光器有哪些？各有什么样的加工特点？ 3. 激光深熔焊的主要物理特征是什么？ 4. 激光焊接的主要问题是什么？激光加工技术在工业中 的应用工业激光加工技术焊接切割成形快速成形熔覆修复 表面硬化 打标激光加工技术应用概述各种加工方法的适用范围为什么要采用激光为什么要采用激光自动化程度高为什么要采用激光高度的灵活性为什么要采用激光高精度为什么要采用激光生产率高为什么要采用激光革新传统加工方式为什么要采用激光革新传统加工方式世界激光加工技术的发展现状工业激光器的市场分布激光器制造商： 美国：PRC PRAMA 德国：TRUMPF （HAAS） ROFIN-SINAR IPG 英国：LUMONICS 中国：大族、楚天世界激光加工技术的发展现状各种加工方法的应用比例打孔 其它 9% 雕刻 3% 12% 微处理 14% 打标 24%切割 24%焊接 14%激光在汽车加工中的应用激光束的基本物理特性光束的模式通常把光波场的空间分布分解为沿传播方向的分 布和垂直于传播方向的横截面内的分布，分别称为纵 模和横模。
光腔的横模代表了激光束光场的横向分布规律， 对激光加工影响极大。
光腔的纵模主要影响激光的频率，与激光加工关 系很小。
光束的模式气体激光束的模式CO2激光通常用TEMmn 表示横模的光场分布，TEM 是横电磁波“Transverse Electromagnetic Wave”的缩 写，m、n为正整数。
横模可 以是轴对称的，也可以是对 光轴旋转对称的。
气体激光的光能横向分布光束的模式光强气体激光束的模式不论是轴对称还是旋转对称， 其 TEM00模是一致的，称为基模。
一束沿方向传播的基模光束的光 强可表示为：光斑半径⎡ 2( x 2 + y 2 ) ⎤ 2P exp ⎢ − I ( x, y , z ) = 2 πω ( z ) ω 2 ( z) ⎥ ⎣ ⎦TEM00光束的模式气体激光束的模式TEM01TEM00光束的模式气体激光束的模式光束的模式固体激光束的模式YAG等固体激光器，其光能的空间分布则远为复杂，不能用简单 的数学公式描述。
因为固体激光棒不可避免地存在很多缺陷，折射率不均匀，在光泵 作用下受热而产生光程变化和双折射等。
固体激光的光能横向分布光束质量评定(1) 光束传播系数K、光束衍射极限倍数M，定义如下：1 λ 1 K= 2 = ⋅ M π w0 ⋅ Θ0通常K值范围：0.1～1， M2范围：1～10 K或M2为1， 光束质量实际达到衍射极限。
(2)光束参数积(BPP-Beam Parameter Product)决定激光加工适用范围光束半径BPP=wo ⋅ Θ0 =λK ⋅π=M ⋅λ2ϖ ( z)激光束腰πϖ0θ∞远场发散角 光轴z0光束质量评定光束参数积与激光功率决定加工范围光束的聚焦特性瑞利长度Θ0Θ0焦点附近，光束横截 面积为焦点处2倍的两个 光束横截面之间的距离称 为瑞利长度或焦深。
瑞利长度对焊接质量、 焊接过程稳定性有重要影 响。
2激光束的反射、透射聚焦工业激光器特点与应用激光产生的基本原理工作物质 → 激励、受激辐射 → 自激振荡增益 ↑ 外界能量注入（泵浦） ↑ 光学谐振腔工业激光器种类打标、焊接、切割 波长10.6um打标、焊接、切割 波长1.06um钎焊、焊接、表面处理 波长 0.7-0.9um光纤激光器焊接，切割 波长 1.07um工业激光器种类主要的固体激光器工业激光器种类不同激光器的光束质量比较工业激光器种类不同激光器的性能比较激光器类型功率(W) 波长(µm) 光束质量(mm. mrad) 光斑直径(mm) 光束模式 光电转换效率 传输光路 铝合金反射率 激励原理光纤激光器50,000 1.07 2 0.15 多模 25~30% 光纤 小盘式YAG激 光器10,000 1.06 8 0.15 多模 25~30% 光纤 小棒式YAG激 光器8,000 1.06 12 0.45 多模 3% 光纤 小CO2激光器50,000 10.6 3.75 0.16 单模 7% 飞行光路 大国防科技工业焊接自动化技术研究应用中心激光器的应用特点CO2激光器波长10.6um, 反射镜传输，光束质量高，功率大。
激光器的应用特点CO2激光器的应用激光涂覆切割工具表面涂覆 CrN, TiN, TiCN, 提高 抗磨损性能。
激光焊接CO2激光焊接三维激光切割激光器的应用特点CO2激光器的应用功率：2kW 焦距：150mm 材料：齿轮钢 深度：2.5mm 速度：3.5m/min功率：1.3kW 焦距：150mm 材料：齿轮钢 深度：1.5mm 速度：5.5m/min功率：2kW 焦距：150mm 材料：不锈钢 深度：1.5mm 速度：7m/min功率：3.5kW 焦距：200mm 材料：不锈钢 深度：1.1mm 速度：8m/min激光焊接汽车组合齿轮激光焊接不锈钢传感器激光器的应用特点CO2激光器的应用切割多层针织材料波长通常在10um左右，因此采用 CO2激光器，激光能量、脉冲频率、 气流速度角度、切割速度等都有较 大影响。
激光器的应用特点CO2激光器的应用精密切割石英玻璃无裂纹产生、切口光滑、无需后处理。
激光器的应用特点CO2激光器的应用激光涂覆过程在线检测 激光涂覆修复航空发动机Ti6Al4V叶片，无气孔、裂 纹，无氧化，变形小 不锈钢涂覆过程温度传感 器实时检测热辐射温度。
激光熔覆制作铝零件AlSi25和AlSi10Mg, 无裂 纹。
激光器的应用特点YAG激光器的应用波长1.06um, 光纤传输，灵活性大，发展快， 尤其适合焊接高反射率材料。
分为棒式、盘式两种；盘式激光器的光束质量 更好。
激光器的应用特点YAG激光器的应用6-轴机器人YAG激光焊接汽车顶棚（VOLVO）激光器的应用特点YAG激光器的应用YAG激光焊接铜－铝铝0.4mm，铜1mm，激光功率2kW，铝 铜焊缝容易出现脆化的晶间相，产生裂纹， 适当改进焊接工艺，可以避免裂纹的产生。
最大焊速12m/min,焊缝宽度>100um。
激光器的应用特点扫描式焊接激光器的应用特点扫描式焊接棒式YAG激光盘式YAG激光激光器的应用特点光纤激光器的应用波长1.07um, 光纤传输，灵活性大，光束质量非常 好，尤其适合焊接高反射率材料、大厚板。
激光器的应用特点盘式激光与光纤激光的比较盘式 激光光纤 激光激光器的应用特点CO2激光、电子束、光纤激光的比较激光器的应用特点半导体激光器的应用波长860~900nm左右, 光纤传输， 体积小，光斑形状多 样，光速质量不高。
激光器的应用特点与常规激光器增加能量方法的不同之处激光器的应用特点激光器的应用特点半导体激光器的应用IR DiodeHousingLid with push buttonsOil TankTank LidWelding of an electronic keyDiode Power Welding speed Focal diameter 20 - 60 W 3 - 10 m/min 1 mmWelding of an oil tank (GFK)Diode power Welding speed Focal diameter ca. 60 W 1 - 2 m/min 2 mm激光器的应用特点半导体激光器的应用高功率半导体激光热导焊、深熔焊最大完成6mm厚不锈钢板的焊接，焊接特点：焊接过程有很强的蒸汽 等离子体；焊缝组织垂直于中心线结晶；焊接过程实际上是基于热导 焊过程。
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