4.20 激光填丝焊接讲解
激光焊接基本原理讲解
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――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――激光的位相 (波峰和波谷很有规律,相干性好。
d 、高输出功率――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。
l 、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。
铝合金薄板激光填丝焊接技术
铝合金薄板激光填丝焊接技术激光填丝焊接铝合金不但可以保持激光焊固有的优点，如能量集中、变形小等，还可以降低对接焊时的间隙裕度，减少焊接缺陷，提高接头性能等，从而扩大铝合金薄板激光焊接在航空航天工业中的应用。
铝合金是航空航天工业中的主要结构材料，它不仅具有高比强度、高比模量、良好的断裂韧性、疲劳强度和较低的裂纹扩展速率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的耐蚀性。
在民用飞机中，铝合金占结构材料重量百分比高达70% ~ 80%。
在新一代军用飞机中，由于复合材料和钛合金用量的增加，铝合金的用量有所减少，但高纯、高强、高韧的高性能铝合金用量却增加了。
苏-27飞机上铝合金约占全机结构重量的60%。
激光焊接具有能量集中、焊接变形小、焊缝质量优良、生产效率高等优点，此外激光的柔性更增加了焊接工艺的灵活性。
在飞机制造中，激光焊接可以实现飞机结构以焊代铆以及替代常规焊接方法提高焊缝质量。
因此对铝合金的激光焊接技术研究成为各国特别是航空航天制造工业界的焦点。
1激光焊接如果不填丝，将存在如下局限性：1.焊接接头的化学成份完全取决于母材，性能不能按要求进行调整;激光焊接铝合金时，低沸点元素容易蒸发造成接头性能下降。
2.激光焊接对接头间隙要求严格，自熔焊所允许的间隙量最大不超过板厚的10%。
在实际生产中，尤其对于航空航天工业，不可避免地会遇到对薄板的对接激光焊，当薄板厚度为1.2mm或者更薄时，对接焊的间隙要求很难满足。
如果对薄板采用曲面对接焊，这一间隙要求更难达到。
虽然通过机械加工可以使被焊工件的装配间隙符合要求，但这势必增加成本，更不利于激光焊接在工业生产中推广应用。
3.激光焊接铝合金时过程不稳定，焊缝成形不理想，且由于熔池中高反射率和低表面张力，将会导致焊缝缺陷，如焊塌、气孔和软化等。
同时，铝合金对气孔有最大的敏感性，而氢是铝及铝合金熔焊时产生气孔的主要原因。
氢之所以能使焊缝形成气孔，与其在铝及铝合金中溶解度的变化特性有关。
铝合金激光填丝焊接特点
铝合金激光填丝焊接特点铝合金激光填丝焊接是一种高效、高质量的焊接方法，具有以下特点。
铝合金激光填丝焊接具有较高的焊接速度。
激光填丝焊接技术采用高能量密度的激光束来熔化焊接材料，然后通过填充金属线补充熔融材料，实现焊缝的形成。
相比传统的手工焊接或其他自动化焊接方法，激光填丝焊接速度更快，可以大大提高焊接效率。
铝合金激光填丝焊接具有较小的热影响区。
激光焊接过程中，激光束的热能集中在焊接接头上，只有很小的热能传导到周围材料中，因此可以减少热影响区的大小。
这对于铝合金等热敏性材料来说非常重要，可以避免因焊接热量过大而导致的变形、裂纹等缺陷。
第三，铝合金激光填丝焊接具有较高的焊接强度。
激光填丝焊接可以实现高温下的快速凝固，填充金属线与母材迅速形成冷却后的焊缝，焊缝组织细小且均匀。
这样可以提高焊接强度，并且焊缝的力学性能更接近于母材，保证了焊接接头的整体性能。
铝合金激光填丝焊接还具有较好的自动化控制性能。
激光填丝焊接可以通过机器人或自动化设备实现全自动操作，减少了人工干预，提高了焊接的一致性和稳定性。
同时，激光焊接系统可以通过精确的能量控制和焊接参数调节，实现对焊接过程的精密控制，保证焊接质量的稳定性。
铝合金激光填丝焊接具有较少的气体保护需求。
相比于传统的氩弧焊接等方法，激光填丝焊接不需要大量的气体保护，减少了气体消耗和气体交换的步骤，节约了成本。
总结起来，铝合金激光填丝焊接具有高焊接速度、小热影响区、高焊接强度、好的自动化控制性能和较少的气体保护需求等特点。
这些特点使得铝合金激光填丝焊接成为了铝合金焊接领域的一种重要技术，广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
随着激光技术的不断发展和改进，铝合金激光填丝焊接的应用前景将会更加广阔。
激光填丝焊原理和特点
激光填丝焊原理和特点
## 激光填丝焊原理
1. 激光束以高能量密度的方式照射在工件上；
2. 工件表面材料被熔化形成液态池；
3. 通过搭载镍铝合金或其他材料的焊丝，将材料填充到焊缝中，并在
激光束的照射下，与工件的材料融合在一起；
4. 通过这种方式将材料填充到焊缝中，实现修复、连接或加固。
## 激光填丝焊特点
1. 高能量密度：激光束具有高能量密度, 可以快速熔化工件表面材料,
实现高精度、高效率的填丝焊接；
2. 精度高：激光束能够准确地控制焊接的位置和深度, 实现更精确的填
充和焊接；
3. 适用范围广：激光填丝焊适用于多种材料, 包括钢、铁、铝、镁等金属, 以及铜、钛、锆、钨等非金属材料；
4. 操作简便：激光填丝焊只需要较少的人工干预, 可以通过计算机控制、自动焊接等方式实现自动化操作；
5. 焊接效果好：激光填丝焊接头质量高, 焊接后的接头具有良好的密封性、耐腐蚀性、机械性能和稳定性。
综上所述，激光填丝焊在工业生产中具有广泛的应用前景和发展潜力。
激光填丝焊调试流程
激光填丝焊调试流程
激光填丝焊调试流程如下：
1.准备工作：检查激光器和光纤系统是否正常，摆放工件，并调整焊
接头的位置。
2.选择焊接参数：根据工件的材料、厚度和需要的焊缝质量，选择合
适的焊接功率、速度、光斑大小等参数。
3.示教：使用示教手柄，将焊接头移动到焊缝的起点和终点，并设置
好焊接速度和步长。
4.手动焊接：根据示教的设置，手动移动焊接头进行试焊，观察焊缝
的质量和外观，适当调整焊接参数。
5.自动焊接：在完成手动焊接的调试后，使用自动焊接模式进行焊接，不断观察焊接质量和外观，如有需要可进行参数调整。
6.检查焊接质量：完成焊接后，使用目视和非损检测手段对焊接质量
进行检查，如有问题则需进行修补。
7.完成调试：经过多次试焊、调试和检查后，确认焊接质量符合要求，调试工作完成。
8.记录参数：在调试完成后，需将优化好的焊接参数记录下来，为后
续类似工件的焊接提供参考。
激光焊接技术原理及工艺分析
激光焊接技术原理及工艺分析激光焊接技术是一种高能量密度焊接方法，通过将激光束集中在焊缝上，使焊材处于激光的高温作用下，从而使焊材迅速融化，并通过凝固形成焊缝的一种焊接方法。
激光焊接技术具有焊接速度快、变形小、热影响区小、焊缝质量高等优点，已广泛应用于汽车制造、航空航天、电子设备等行业。
激光焊接技术的原理与传统焊接方法有所不同。
传统焊接方法通常通过火焰、电弧等热源对焊接材料进行加热，而激光焊接则是将激光能量直接作用在焊缝上，实现瞬间高温加热。
激光束在焊接材料上的作用可以分为三个阶段：吸收和传输、熔池形成和溶质混合、焊接接头凝固。
在吸收和传输阶段，激光束通过与焊接材料的相互作用，将能量迅速传递给焊接材料。
焊接材料中的光能转化为热能，使其温度上升。
激光束对不同材料的吸收率不同，一般来说，黑色材料的吸收率较高，白色材料的吸收率较低。
在熔池形成和溶质混合阶段，焊接材料因激光束的高温作用迅速融化，形成熔池。
激光焊接技术具有小熔深、小熔宽的特点，可以实现焊接材料的局部加热，减小热影响区。
激光束的能量密度高，焊缝的冷速度快，熔池凝固后可以得到细小的晶粒结构，提高焊接接头的强度。
在焊接接头凝固阶段，熔池中的焊材开始凝固，形成焊缝。
激光焊接技术可以实现非接触式焊接，焊接速度快，凝固时间短，凝固形态好。
激光焊接技术适用于焊接薄板、高强度材料等对焊接质量要求较高的工艺。
激光焊接技术的工艺分析需要考虑多个因素。
首先是激光参数的选择。
激光的功率、光斑大小、焦距等参数会影响焊接效果。
功率过高或光斑过大可能导致过热和过度挤压，影响焊接质量；功率过低或光斑过小可能导致无法达到融合深度的要求。
所以在工艺分析中需要根据焊接材料的特点和焊接要求来确定激光参数。
其次是焊接速度的选择。
焊接速度直接影响焊缝的形成和焊接质量。
过快的焊接速度可能导致焊缝没能形成或形成不完整，过慢则会产生过大的热影响区和变形。
在工艺分析中需要综合考虑焊接速度和激光功率，使焊接过程更加稳定和高效。
4.20-激光填丝焊接讲解
图1 激光填丝焊示意图
11/6/2019
2.2 激光填丝焊接的参数
与传统非填丝焊相比，激光填丝焊工艺过程中的主要影响参数除了激光功率， 焊接速度，保护气体类型、流量和施加的角度，材料吸收率，光斑直径和离焦量 等因素外，送丝速度对焊接过程有重要影响。
研究表明，当送丝速度提高时，焊丝吸收的激光能量会减少，反射的激光能 量会增加。这是因为液态金属的吸光率比固态金属的大，高温金属的吸光率比低 温金属的大。随着送丝速度的加快，单位长度焊丝吸收的激光功率减少，焊丝温 度降低，焊丝吸收激光能量进一步降低，焊丝的熔化率下降。
47201922激光填丝焊接的参数与传统非填丝焊相比激光填丝焊工艺过程中的主要影响参数除了激光功率焊接速度保护气体类型流量和施加的角度材料吸收率光斑直径和离焦量等因素外送丝速度对焊接过程有重要影响
激光填丝焊接
课程名称：激光焊接工艺实践 承担单位：浙江工贸职业技术学院
11/6/2019
1.教学目标
• 了解激光填丝焊接的工艺特点，掌握激光填丝焊接的主 要参数及其对焊接过程和质量的影响。
国外激光焊接技术的研发、应用路线一般为：无填料中、小功率激光焊接技术 研究→无填料大功率激光焊接技术研究→填料大功率激光焊接技术研究→填料中、 小功率激光焊接技术研究，可见，重视小功率激光填丝焊接工艺的研究和应用是 激光焊接发展的趋势之一。
11/6/2019
3. 小结
本次课介绍了激光填丝焊接工艺的特点和主要参数，特 别是送丝速度对焊接过程的影响，指出了中小功率激光填 丝焊在实际应用中的重要意义。
事实上，对于激光填丝焊，焊接速度与送丝速度是密切相关的，当焊接速度 一定时，根据间隙量的大小确定送丝速度。与自熔焊相比，激光填丝焊的焊接速 度调整范围有限。
激光填丝焊技术研究
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２ ． ４ 气 体流 量
激光填 丝焊技术研 究
文／ 中车青 岛四方机车车辆股份有限公司 阚晓阳
摘
要：激光填丝焊技术是在激 光焊 的基础上发展 的一种新型焊接技术 ，可以实现金属材料 的可
靠连接 ，且具有诸 多优 点。本文介绍 了激光填 丝焊 的原理 ，综述了激 光功率 、送丝速度 、焊接速 度 、气体流量、光丝间距 、离焦量以及焊 缝间隙等工艺参数对焊缝质量 的影响 ，并展望 了激光填
端 ｆ ｒ 激 束的Ｊ Ｉ ＿ Ｆ力 ｉ ｉ 、 ｆ ，焊缝成形 良 合理 的选扦送丝速 － ｌ 『 以允分利Ｊ ｌ ｝ ｊ 激光
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要 与 焊接 热 输 入 相 配 ， 流 过 火 或 过 小 都
２ 焊 接 参 数 对激 光填 丝 焊 焊 接质 量 的
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图1 激光填丝焊示意图
9/30/2018
2.2 激光填丝焊接的参数
与传统非填丝焊相比，激光填丝焊工艺过程中的主要影响参数除了激光功率， 焊接速度，保护气体类型、流量和施加的角度，材料吸收率，光斑直径和离焦量 等因素外，送丝速度对焊接过程有重要影响。 研究表明，当送丝速度提高时，焊丝吸收的激光能量会减少，反射的激光能 量会增加。这是因为液态金属的吸光率比固态金属的大，高温金属的吸光率比低 温金属的大。随着送丝速度的加快，单位长度焊丝吸收的激光功率减少，焊丝温 度降低，焊丝吸收激光能量进一步降低，焊丝的熔化率下降。 事实上，对于激光填丝焊，焊接速度与送丝速度是密切相关的，当焊接速度 一定时，根据间隙量的大小确定送丝速度。与自熔焊相比，激光填丝焊的焊接速 度调整范围有限。
9/30/2018
3. 小结
本次课介绍了激光填丝焊接工艺的特点和主要参数，特
别是送丝速度对焊接过程的影响，指出了中小功率激光填
丝焊在实4. 作业思考题
（1）激光填丝焊接和传统激光无填丝的焊接的主要工艺区别
别是什么？
（2）激光填丝焊接的工艺特点是什么，送丝速度和焊接速度 之间是否有影响？
接头性能、几何形状及尺寸精度的最佳焊接方案。该技术在提高生产效率、降低
生产成本、改进结构的气、油密封性能以及保证结构承力等方面较其它焊接更具 优越性。
9/30/2018
一般来说： (1)利用较小功率脉冲YAG激光进行填丝焊接，能够形成较好的焊接接头； (2)在热导焊模式下，手动控制焊接可以获得较为均匀的焊接接头， 这对于加工尺
9/30/2018
激光填丝焊接
课程名称：激光焊接工艺实践 承担单位：浙江工贸职业技术学院
9/30/2018
1.教学目标
• 了解激光填丝焊接的工艺特点，掌握激光填丝焊接的主 要参数及其对焊接过程和质量的影响。
9/30/2018
2. 激光填丝焊接工艺介绍
2.1 激光填丝焊接的特点
激光填丝焊接是指在焊缝中预先填入特定 焊接材料后，用激光照射熔化或在激光照 射的同时填入焊接材料以形成焊接接头的 方法。 与非填丝焊接相比，激光填丝焊接具有以 下优点： (1)避免了对工件加工、装配要求过于严格 的问题； (2)可实现用较小功率焊接较厚、较大的零 件； (3)更重要的是可以通过改变填丝材料的成 分来改变或控制焊缝金属的成分、组织和 性能。 如图1所示。
9/30/2018
插入视频：宏观部分 德国AlphaLaser光纤激光焊接切割焊补设备（注意 只使用固体激光焊接部分视频，以下为视频字幕） 在无填充焊料的激光焊接中，焊缝的成分仅取决于母材的成分，很难按照实 际需要进行调整。若采用填充焊料激光焊接，既应用了激光焊接这一先进制造技 术的加工优点，又可以通过调整填充焊料的成分来改善焊缝的组织性能、防止缺 陷的产生，满足设计及工艺要求。 利用中、小功率激光进行微型结构件的填丝激光焊接，是确保焊接接头质量、
寸一致性较差的微型结构件的填丝焊接是一个更可行、更具操控性的方法；
（3）利用较小功率的激光器，采用激光填丝焊接技术，配合激光深熔焊接工艺 可实现厚板的焊接，焊缝逐层形成每次无须达到很大的熔深。这对于激光焊接技
术的推广具有较大的现实意义。
国外激光焊接技术的研发、应用路线一般为：无填料中、小功率激光焊接技术 研究→无填料大功率激光焊接技术研究→填料大功率激光焊接技术研究→填料中、 小功率激光焊接技术研究，可见，重视小功率激光填丝焊接工艺的研究和应用是 激光焊接发展的趋势之一。