激光焊接
激光焊接技术要点
激光焊接技术要点一、激光焊接技术的超酷之处激光焊接技术呢，那可是相当厉害的一种技术。
它就像是一个超级精细的小工匠，能够把各种金属材料给紧密地连接在一起。
你看那些汽车制造、航空航天领域，到处都有它的身影呢。
二、激光焊接技术的要点大集合1. 激光设备的选择这可太重要啦。
不同的焊接任务需要不同类型的激光设备。
就像是你要去不同的地方旅行，得选择不同的交通工具一样。
如果是焊接比较薄的金属片，可能就需要功率小一点的激光设备，要是焊接那些厚厚的金属部件，功率小的可就不行啦，得换上大功率的设备，这样才能保证焊接得牢固又漂亮。
2. 焊接材料的准备焊接材料的表面得干净整洁才行。
要是材料表面有油污、铁锈之类的东西，那就像你要把两块脏兮兮的积木粘在一起，怎么可能粘得牢固呢？所以在焊接之前，一定要把材料表面清理得干干净净的，这样激光才能很好地发挥作用，让焊接处完美地融合在一起。
3. 焊接参数的设定这个就像是给激光焊接这个小工匠下达指令一样。
像激光的功率啊、脉冲频率啊、焊接速度啊这些参数，都得根据焊接材料的种类、厚度等因素来进行调整。
比如说，焊接较薄的金属时，焊接速度可以快一点，激光功率相对小一点；要是焊接厚的金属，焊接速度就得慢下来，同时加大激光功率，这样才能保证焊接的质量。
4. 焊接环境的控制激光焊接的时候，周围的环境也不能太随意。
如果环境中有太多的灰尘、杂质，这些东西可能会干扰激光的传播，还可能会进入到焊接的部位，导致焊接质量下降。
所以呀，一个干净、稳定的焊接环境是很有必要的。
就像我们画画的时候，要是周围乱糟糟的，可能就画不出好看的画啦。
三、激光焊接技术要点的重要性这些要点要是没掌握好，那可就麻烦大了。
可能焊接出来的东西到处都是裂缝、不牢固，这在一些对质量要求很高的行业里，那可是绝对不允许的。
比如说在航空航天领域，一个小小的焊接失误，都可能导致严重的后果。
所以呀，我们得好好重视这些激光焊接技术的要点，把这个超级技术发挥到极致。
激光焊接技术
图333 不同焊接参数与熔深的关系
为使焊缝平整光滑，实际焊接时，激光功率在开 始和结束时都设计有渐变过程，启动时激光功率 由小变大到预定值，结束焊接时激光功率由大变 小，焊缝才没有凹坑或斑痕。
二、激光脉冲宽度
激光热传导焊接中，激光脉冲宽度与焊缝深度有 直接关系，也就是说脉冲宽度决定了材料熔化的 深度和焊缝的宽度。据文献记载，熔深的大小随 脉宽的333次方增加 。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。
33333 激光焊接技术的主要参数
对脉冲激光器来讲就是平均激光功率的大小，保 证了足够的激光功率，在热传导焊接中，激光器 工作于脉冲状态，因而脉冲能量、脉冲宽度和激 光重复频率就是很重要的参数。当然，激光外光 路的设计、聚焦系统、焊接时离焦量大小的影响 也是必须注意的，焊接的速度或者说光斑的重叠 率，激光脉冲的重复频率，也要有适当的配合。 为了防止焊接过程中工件材料的氧化，需要选用 适当的保护气体，而且保护气体的流量大小、吹 气方式，或者说是吹气喷嘴形状的设计都是很有 关系的。
三、激光脉冲波形
热传导型激光焊接使用重复脉冲激光焊接材料， 为了焊接效果好，就要对激光脉冲波形有一定要 求。 借用电子电路技术中仿真线的概念，由电感电容 网络组成仿真线，通过仿真线放电形成特定形状 的激光脉冲，一般通过333仿真线网络可以将 脉冲展宽，得到一个平顶宽脉冲。根据需要可以 使脉宽在3～333，最大可做到3333。
图333 333深熔焊接机示意
激光焊接工艺
激光焊接工艺
什么是激光焊接？
激光焊接是利用高能量密度的激光束将工件焊接在一起的方法。
它通常被用于焊接金属材料，比如不锈钢、铝和铜等。
相比于传统
的焊接方法，激光焊接具有更快的速度和更高的精度。
激光焊接的优势
1. 高速度：激光焊接可以通过高速移动的激光束来快速焊接工件。
2. 高精度：激光焊接能够焊接非常小的部件，并在焊接中保持
高精度。
3. 不留痕迹：激光焊接不需要任何填充材料，因此在焊接后留
下的痕迹很小，不需要额外的修复。
4. 无需接触：激光焊接不需要接触工件，因此与其他焊接方法相比，它非常适合用于对工件进行处理和修复。
激光焊接的应用
1. 汽车工业：激光焊接被广泛应用于汽车零部件的制造中。
2. 电子工业：激光焊接能够焊接非常小的部件，因此在电子工业中有非常广泛的应用。
3. 航空航天工业：激光焊接在制造航空航天部件中应用广泛。
总之，激光焊接作为一种先进的工艺，具有很多优势，并且在许多领域有广泛的应用。
随着技术的进步，激光焊接将会变得更加精密和高效。
激光穿透焊讲解
激光穿透焊讲解一、激光穿透焊是啥呢？嗨，小伙伴们！今天咱们来唠唠激光穿透焊这个超酷的东西。
激光穿透焊啊，简单来说就是一种利用激光进行焊接的技术，而且这个激光能穿透焊接材料呢。
你想啊，激光就像一个超级厉害的小战士，“嗖”地一下就穿过材料，然后把它们牢牢地焊接在一起。
这技术可不得了，在很多地方都有大用处。
二、激光穿透焊的原理激光穿透焊的原理其实也不是特别难理解。
激光产生的高能量光束，聚焦到焊接材料上的时候，那能量密度超级大。
这个大能量就会让材料瞬间熔化，然后融合在一起。
就好像是把两块冰用超级热的东西瞬间融化，然后它们就变成一块冰了一样。
只不过这里是金属或者其他材料啦。
而且这个过程是非常精准的，就像做手术的手术刀一样，指哪打哪。
三、激光穿透焊的优点1. 精度高激光穿透焊能够精确地控制焊接的位置和深度，这对于一些对精度要求特别高的部件来说，简直是救星。
比如说在制造一些微型电子元件的时候，稍微焊歪一点可能整个元件就报废了，但是激光穿透焊就能很好地完成这个任务。
2. 速度快它的焊接速度可快了呢。
因为激光能量高，能够快速地让材料熔化融合，就不像传统的焊接方法那样，要等好久才能完成焊接。
这在大规模生产的时候，能大大提高生产效率。
3. 焊接质量好焊接出来的部分很牢固，而且表面也比较光滑，不会有很多瑕疵。
这就使得焊接后的产品在外观和质量上都更上一层楼。
四、激光穿透焊的应用领域1. 汽车制造在汽车制造里，很多部件都需要焊接。
像车身框架的一些连接处，用激光穿透焊不仅能保证焊接质量，还能让车身更坚固。
而且汽车里一些精密的电子设备也需要用它来焊接，确保电子设备正常工作。
2. 航空航天航空航天领域对材料和焊接的要求超级高。
激光穿透焊就可以用来焊接一些特殊的合金材料，这些材料用于制造飞机的机翼、发动机部件等。
因为它精度高、质量好，所以在这个领域非常受欢迎。
3. 电子设备制造像手机、电脑这些电子设备，里面的电路板、芯片等部件的焊接很多时候都会用到激光穿透焊。
激光焊接技术
激光焊接技术激光焊接技术是一种新型的高精度、高效率的焊接技术，可以在材料表面形成高能量密度焊缝，并将材料熔化焊接在一起。
激光焊接技术的特点是焊接速度快、效率高，焊缝形状优美，自动化程度高，质量可靠，广泛应用于航空、航天、军工、汽车、电子等领域。
一、激光焊接技术原理激光焊接技术是利用激光器将高能量密度的激光束集中在焊缝上，使材料熔化、熔池形成、冷却凝固而实现焊接的一种先进的现代化焊接方法。
激光束是由半导体激光器或固体激光器通过电子控制系统控制光束形状和作用时间发射出来的。
激光焊接的过程主要包括：激光束的聚焦、能量传递、熔化和混合、物质传递、凝固、焊缝形成。
二、激光焊接技术的发展激光焊接技术的发展主要经历了三个阶段：第一阶段：激光器材料的发展阶段，20世纪60年代，激光器材料逐渐成熟，发展起了高质量的氦氖和二氧化碳激光器。
第二阶段：焊接技术发展阶段，20世纪70年代，随着激光器的发展和材料科学的进步，激光焊接技术出现并得到了发展。
激光焊接技术的应用范围不断扩展，新型激光器的发展也为激光焊接技术的发展提供了更加先进的技术支持。
第三阶段：新技术的发展阶段， 20世纪80年代，多光子激光焊接技术、激光力学碎片技术、光纤激光传输技术等激光技术新技术的产生，为激光焊接技术的提升和发展提供了新的方向和思路。
三、激光焊接技术的应用激光焊接技术广泛应用于各种材料的焊接中，如金属材料、塑料材料、陶瓷材料等。
特别是对于高难度、高要求的应用领域，如修复设备、航空、航天、军工、汽车、电子、仪器、5G通信等领域的应用，激光焊接技术具有独特的优势。
四、激光焊接技术的优点1、激光焊接技术的焊缝成型放心，无需表面处理，可以达到密封、抗剪强度高等特点。
2、激光焊接技术的深度可以向内渗透，从而保证长时间有效的连接，无需二次处理。
3、激光焊接技术的低热影响区，焊接过程中的热量非常集中，对焊接件的影响很小，可以减轻变形。
4、激光焊接技术的可靠性高，通过电脑控制，可以达到一定的自动化程度。
激光焊接原理及工作原理
激光焊接原理及工作原理一、激光焊接原理激光焊接啊，就是利用高能量密度的激光束作为热源的一种焊接方法。
你可以想象一下，这激光束就像是一把超级厉害的小镊子，精准地作用在要焊接的材料上。
激光束聚焦之后呢，能量超级集中，能够让材料瞬间熔化或者汽化。
这里面涉及到一些很有趣的物理现象哦。
比如说，激光的能量被材料吸收之后，材料内部的原子就像被点燃的小鞭炮一样，开始变得超级活跃，它们之间的连接方式就发生了改变。
对于那些金属材料来说，激光就像是一个魔法棒，把金属原子之间的化学键打乱又重新组合，让两块原本分开的金属紧紧地融合在一起。
而且啊，激光焊接可不像传统焊接那样“大大咧咧”的。
它是非常精细的，就像做微雕一样。
比如说在焊接一些微小的电子元件的时候，激光焊接能够在极小的区域内进行操作，而且不会对周围的元件造成什么影响。
这就好比在一群小蚂蚁中间，只用一根头发丝的力量就能把其中两只蚂蚁的小房子给连接起来，还不影响其他蚂蚁的生活，是不是很神奇呢？二、激光的工作原理那激光又是怎么产生的呢？这得从原子说起啦。
原子里面有电子，这些电子在不同的能量层级上“蹦跶”。
当外界给了原子一些能量，比如说通过电流或者其他方式，电子就会从低能量层级跃迁到高能量层级。
然后呢，这些处在高能量层级的电子就像玩累了的小朋友一样，又想回到低能量层级，这个时候就会释放出能量，而这种能量以光子的形式发射出来。
如果这个过程在一个特殊的装置里发生，让很多原子都这么干，而且让这些光子都朝着同一个方向发射，就形成了激光。
在激光焊接设备里，产生的激光还得经过一系列的处理呢。
首先要把激光的能量调整到合适的大小，这就好比是厨师做菜，要把火候调整到正好才能做出美味的菜肴。
然后，要把激光束聚焦到焊接点上，这个聚焦的过程就像是用放大镜把阳光聚焦到一个点上一样，只不过激光的能量更加集中。
激光焊接在很多领域都有应用哦。
在汽车制造行业，汽车的车身很多部件都是用激光焊接连接起来的，这样焊接出来的车身既牢固又美观。
激光焊接解决方案
激光焊接解决方案激光焊接是一种高精度、高效率的焊接技术，广泛应用于各个行业，包括汽车创造、航空航天、电子设备等。
本文将详细介绍激光焊接的原理、应用领域以及相关的解决方案。
一、激光焊接原理激光焊接是利用高能量密度的激光束将工件表面加热至熔点以上，通过熔融和固化来实现焊接的过程。
激光束在焊接区域产生强烈的热源，使金属迅速熔化，然后冷却固化，形成坚固的焊缝。
二、激光焊接的应用领域1. 汽车创造：激光焊接在汽车创造中得到广泛应用，例如车身焊接、零部件连接等。
激光焊接具有高效率、高质量的特点，能够提高汽车的结构强度和密封性。
2. 航空航天：航空航天行业对焊接质量和安全性要求极高，激光焊接技术能够满足这些需求。
激光焊接可以用于创造飞机结构件、发动机零部件等。
3. 电子设备：激光焊接在电子设备创造中应用广泛，例如电池焊接、电路板连接等。
激光焊接可以实现精细焊接，避免对电子元件的损坏。
三、激光焊接解决方案1. 设备选择：根据焊接需求和工件材料选择合适的激光焊接设备。
常见的设备包括光纤激光焊接机、半导体激光焊接机等。
设备选择要考虑焊接速度、功率、焊接深度等因素。
2. 工艺参数优化：通过调整激光功率、焦距、扫描速度等参数，优化焊接工艺，以获得最佳的焊接效果。
通过实验和数据分析，确定最佳的焊接参数范围。
3. 自动化控制：激光焊接可以与自动化设备结合，实现自动化生产。
自动化控制可以提高生产效率和一致性，减少人为因素对焊接质量的影响。
4. 质量检测：对焊接后的产品进行质量检测是确保焊接质量的重要环节。
常用的质量检测方法包括X射线检测、超声波检测等。
通过质量检测，及时发现并解决焊接缺陷，提高产品质量。
5. 安全措施：激光焊接过程中需要注意安全问题。
操作人员需要佩戴防护眼镜和防护服，避免激光辐射对人体的伤害。
设备需要具备安全保护措施，如紧急停机装置等。
四、激光焊接的优势1. 高精度：激光焊接可以实现弱小尺寸的焊接，适合于精密零部件的创造。
激光焊接方法
激光焊接方法激光焊接是一种焊接方法，它利用一种有限多个射束形成的激光来加热金属材料，通过其凝聚力实现焊接。
激光焊接比传统焊接方法具有许多优点，如更高的焊接速度、对被焊物的均匀性和无缺陷性以及更高的精度等等。
激光焊接的原理激光焊接原理是将一个或多个激光束聚焦到被焊物，产生的高温使被焊物的表面封闭，形成一个连接。
这是通过瞬时的高温加热被焊物，使其表面汽化，并形成一个封闭的表面，然后两个表面之间形成一个连接，从而实现焊接。
激光焊接有能够持续加热及脉冲激光加热两种方法，其中脉冲激光加热在一般条件下更常用。
激光焊接技术特点激光焊接避免了传统方法需要使用焊接材料的过程，激光焊接无需焊接材料，因此该工艺可以节省材料成本和时间成本，焊缝的有效封闭性也比传统焊接方法更好，在一定程度上减少了耗能。
激光焊接还具有操作简单、适用范围广泛等特点，能够实现对各种金属材料、非金属材料和半导体材料的加工。
激光焊接前、中、后处理激光焊接前处理：金属表面清洁有助于提高连接的结合力度。
焊接前要求金属表面清洁，在准备焊接工件的表面上没有油污、污垢、氧化物层。
激光焊接中处理：激光焊接中处理的最重要的是聚焦激光，聚焦激光的质量则是决定焊接结合力的主要因素。
激光焊接的焊接深度大小与焦点的位置有关，在激光焊接中，焊接深度大小对焊接质量有着非常重要的影响。
激光焊接后处理：焊接后需要进行焊接表面整理，磨削等操作。
焊接后处理的主要目的是除去焊接接头的杂质，减少和抚平焊缝表面，并使焊接接头的结构特性达到设计要求。
激光焊接质量检测激光焊接质量检测的目的是检测激光焊接过程中构成缺陷的原因，及时发现和消除焊接缺陷，确保焊接接头的质量。
常用的焊接质量检测方法包括磁粉检测法、显微镜检测法和微观失效分析等。
激光焊接应用激光焊接应用于电子、电子设备、机电一体化产品的制造，具有精度高、焊接速度快等优点，这些产品都需要较高要求的焊接精度，而激光焊接能够满足这一要求。
此外，激光焊接还可用于航空航天、高速公路、高级医疗等领域，能够提高生产效率，提升产品质量。
激光焊接解决方案
激光焊接解决方案激光焊接是一种高精度、高效率的焊接技术，广泛应用于汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域。
本文将详细介绍激光焊接的原理、优势、应用领域以及解决方案。
一、激光焊接原理激光焊接利用高能量密度的激光束瞬间加热工件表面，使其局部区域熔化并迅速冷却，从而实现焊接。
激光束的能量密度高、焦点小，能够实现高精度的焊接，并且不会对周围区域产生热影响。
二、激光焊接的优势1. 高精度：激光束的焦点小，能够实现弱小焊点的精确定位，适合于对焊接质量要求高的应用场景。
2. 高效率：激光焊接速度快，焊接时间短，能够提高生产效率。
3. 无接触：激光焊接不需要直接接触工件表面，避免了传统焊接中可能浮现的磨损和污染问题。
4. 适应性强：激光焊接适合于各种材料的焊接，包括金属、塑料、陶瓷等，具有广泛的应用领域。
三、激光焊接的应用领域1. 汽车创造：激光焊接被广泛应用于汽车创造中的车身焊接、发动机焊接等环节，能够提高焊接质量和生产效率。
2. 航空航天：激光焊接在航空航天领域中的应用包括航空发动机部件、飞机结构等，能够提高零部件的强度和耐久性。
3. 电子创造：激光焊接在电子创造中的应用包括电路板焊接、电子元件连接等，能够实现高精度的焊接，提高产品的可靠性。
4. 医疗器械：激光焊接在医疗器械创造中的应用包括人工关节、牙科器械等，能够实现精细焊接，提高产品的质量和可靠性。
四、激光焊接解决方案针对不同行业和应用领域的激光焊接需求，我们提供以下解决方案：1. 设备选择：根据客户需求和焊接要求，提供适合的激光焊接设备，包括激光器、光纤传输系统、焊接头等。
2. 工艺优化：根据客户提供的工件材料和要求，优化焊接工艺参数，确保焊接质量和效率。
3. 自动化集成：根据客户的生产线布局和工艺要求，提供自动化激光焊接系统，实现自动化生产。
4. 售后服务：提供设备安装调试、操作培训等售后服务，确保客户能够顺利使用激光焊接设备。
总结：激光焊接作为一种高精度、高效率的焊接技术，在汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域有着广泛的应用。
激光焊接操作方法有哪些
激光焊接操作方法有哪些激光焊接是一种高效、精确的焊接方法，广泛应用于电子、汽车、航空航天等领域。
激光焊接操作方法有多种，下面将详细介绍几种常见的激光焊接操作方法。
1. 手动激光焊接手动激光焊接是一种简单而常见的激光焊接方法。
操作人员通过手持激光焊接枪，沿着焊接路径进行焊接。
手动激光焊接适用于焊接复杂形状的工件，操作灵活方便。
在手动激光焊接过程中，操作人员需要根据工件的形状和材料特性，调整焊接速度、焦距等参数，确保焊接质量。
2. 半自动激光焊接半自动激光焊接是一种介于手动焊接和全自动焊接之间的焊接方法。
在半自动激光焊接中，操作人员通过控制焊接设备进行焊接。
操作人员需要对焊接参数进行调整，并控制焊接头的移动速度和焦距，以确保焊接质量。
相比手动焊接，半自动激光焊接可以提高焊接效率和一致性。
3. 全自动激光焊接全自动激光焊接是一种高度自动化的焊接方法，通常用于焊接大批量、重复性高的工件。
在全自动激光焊接中，焊接设备通过预先设定的程序进行焊接，操作人员只需监控焊接过程。
全自动激光焊接可以大大提高生产效率和一致性，减少人为操作对焊接质量的影响。
4. 激光深熔焊接激光深熔焊接是一种利用激光高能量密度对工件进行熔化焊接的方法。
在激光深熔焊接中，激光束聚焦到工件表面，产生高温区域，使工件材料瞬间熔化并形成焊缝。
激光深熔焊接通常用于焊接厚板、薄壁管等工件，可以实现高速、高效的焊接。
5. 激光钎焊激光钎焊是一种利用激光束对填充材料进行局部加热，实现焊接的方法。
激光钎焊适用于焊接金属与非金属材料，或者焊接材料相近但熔点不同的工件。
在激光钎焊过程中，需要控制激光能量和填充材料的加热温度，以确保焊接质量和填充材料与基材的良好结合。
以上是几种常见的激光焊接操作方法，每种方法都有其适用的场景和操作要点。
在进行激光焊接操作时，操作人员需要根据工件的要求和材料特性，选择合适的焊接方法，并合理调整焊接参数，以确保焊接质量和效率。
同时，操作人员还需要遵守激光焊接的安全操作规程，使用适当的防护装备，确保人员和设备的安全。
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图6-1-1 不同焊接方法传热方式对比示意图
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6.1.2 激光焊接的分类
按激光束的输出方式不同，可以把激光焊分为脉 冲激光焊和连续激光焊。连续激光焊在焊接过程 中形成一条连续的焊缝。脉冲激光焊接时，输入 到工件的能量是断续的、脉冲的，每个激光脉冲 在焊接过程中形成一个圆形焊点。 按焊缝形成特点，通常根据是否产生匙孔效应通 常将焊接过程分为两种焊接模式：热传导焊接和 深熔焊接。这两种焊接模式有着完全不同的焊缝 成形机理和焊接效果。
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图6-2-4 作用于匙孔的力
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6.2.2 光致等离子体
6.2.2.1 光致等离子体效应 6.2.2.2 光致等离子体的控制
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6.2.2.1 光致等离子体效应
匙孔效应的另一个机制是等离子体的形成。在激光深熔焊 接过程中，当激光的功率密度达到一定的阈值（对钢铁材 料而言，约为1×106W/cm2），这种局部的高功率将在 形成匙孔同时导致在光斑作用点形成强烈的等离子体，产 生匙孔和等离子体效应，并伴有强烈的蓝色特征光。 当激光光束照射金属表面时，由于焦点处极高的能量密度 使得金属熔化，甚至蒸发。如果金属中含有较低沸点的元 素时，蒸发行为更为强烈。在高温状态的熔池中的金属蒸 汽和液体金属容易放出热电子，该电子吸收激光能量后将 加速运动，即从熔池内部向外运动。由于很多电子聚集于 熔池内，将形成冲击波。该冲击波的压缩效果进一步促进 电离，使熔池匙孔内全为高温等离子状态，高温等离子体 将以一定的频率从熔池中喷出。因此，等离子体的形成是 匙孔中的金属蒸汽吸收了激光能量后发生电离产生的。
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匙孔表面温度
入射材料功率
匙孔形状 表面张力 蒸发速率 匙孔塌陷 蒸气压力
电离程度 （电子密度）
热传导率
等离子体温度
等离子体吸收率
图6-2-3 匙孔形成示意图 匙孔是否形成并稳定存在还取决于金属蒸发 产生的蒸汽压力是否大于匙孔的表面张力和 金属液体的流动阻力。材料剧烈汽化膨胀产 生的压力将熔融材料抛出，形成匙孔，如图 6-2-4所示。为形成匙孔，汽化压强应该平衡 表面张力、静水压力和使液相材料抛出的流 动阻力。
图6-1-7（b） 激光焊接头
（a）CO2激光焊的焊点形状 （b）YAG激光焊的焊点形状 图6-1-8 不锈钢激光焊接焊点形状
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表6-1-4 YAG激光与CO2激光性能比较 激光器类型 YAG激光 CO2激光
光束波长（μm） 1.06 10.6 输出功率等级（kW） 0.1～5 0.5～45 脉冲能力（kHz） 连续～60 连续～5 光束模式 多模 基模～多模 光束传播系数（K） ≤0.15 0.1～0.8 电-光转换效率 3%～10% 15%～30% 光束传输 光学镜片或光纤 光学镜片 焊接效果 优良 好 切割效果 一般 优良 表面处理 好 好 运行成本 高 低
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6.2.1.1 匙孔的形成
激光照射金属材料时，随着功率密度与作用时间的增加，金属材料 将会发生下列四个阶段的物态变化： 光束加热工件； 金属局部区域熔化。随着金属对光束能量吸收率上升，熔化不断进 行，温度迅速提高； 在温度最高的区域发生汽化。金属蒸汽产生的过大压力在熔化带形 成一个匙孔，入射光束能量通过形成的匙孔穿透到材料内部； 电离的金属蒸汽聚集在匙孔和工件表面。因此在匙孔上方形成等离 子体云。
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6.1.1 激光焊接与其他焊接方法的比较
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之 一。 70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，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、峰值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、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了 激光焊接的新领域，获得了以匙孔效应为理论基 础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业部门 获得了广泛的应用。
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在激光深熔焊接过程中匙孔的出现可大大提高材 料对激光的吸收率，焊件可获得更多的能量耦合， 这是获得良好焊接质量的前提条件。
若假设匙孔为圆锥面，锥角 为Φ。沿圆锥轴线入射的光 束经锥面反射直向尖顶并退 回，总共反射180o/Φ次。 每反射一次，吸收约13% （CO2激光对铁）。设 Φ=10 o，则在18次反射过 程中总吸收率达92%。
第六章 激光焊接技术
6.1 概述 6.2 激光焊接的熔池、匙孔效应及等离子体行为
6.3 影响激光焊接质量的主要因素 6.4 典型材料的激光焊接 6.5 激光焊接技术的发展及其前景
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6.1 概述
6.1.1 激光焊接与其他焊接方法的比较 6.1.2 激光焊接的分类 6.1.3 激光焊接设备（激光器）的比较
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匙孔现象发生在材料熔化和汽化的临界点，气态金属产生 的蒸汽压力很高，足以克服液态金属的表面张力并把熔融 的金属吹向四周，形成匙孔或孔穴。随着金属蒸汽的逸出， 在工件上方及匙孔内部形成等离子体，较厚的等离子体会 对入射激光产生一定的屏蔽作用。由于激光在匙孔内的多 重反射，匙孔几乎可以吸收全部的激光能量，再经内壁以 热传导的方式通过熔融金属传到周围固态金属中去。当工 件相对于激光束移动时，液态金属在小孔后方流动、逐渐 凝固，形成焊缝，这种焊接机制称为深熔焊接，也称匙孔 焊接，是激光焊接中最常用的焊接模式。 当激光的入射功率密度较低时，工件吸收的能量不足以使 金属汽化，只发生熔化，此时金属的熔化是通过对激光辐 射的吸收及热量传导进行的，这种焊接机制称为热传导焊 接。由于没有蒸汽压力作用，在热传导焊接时熔深一般较 浅。
到目前为止，一般认为匙孔内激光的能量吸收机 制包括两个过程：逆轫致吸收(等离子体)和菲涅 耳吸收（孔壁）。
图6-2-2 匙孔内的多次反射吸收
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6.2.1.3 匙孔内的压力平衡
由于等离子体吸收和孔壁的多次反射，到达匙孔 底部的激光功率密度下降，而匙孔底部的激光功 率密度对于产生一定的汽化压强以维持一定深度 的匙孔是至关重要的，它决定了加工过程的穿透 深度。 匙孔形成以材料汽化为前提，但材料汽化并不是 匙孔形成的充分条件。作用在匙孔内的力非常复 杂，包括表面张力、蒸汽压力、烧蚀压力（也称 蒸发反作用力或反冲压力）、静水压力等。热力 学和流体力学共同作用于匙孔，将各影响因素以 图示的方式表示如图6-2-3，简要表明了匙孔形成 机理。
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高能量束（激光、电子束）焊接与传统的焊接方式中热量仅仅传播到 工件表面有根本的不同。相反，激光聚焦在材料表面很小的范围内， 能量密度超过106W/cm2，局部的电磁能量的吸收引起材料剧烈的加 热，金属将会蒸发，随着快速的汽化，在光束作用下，光束下材料底 层形成小的毛细管。光束能量通过整个毛细管传输到金属内部，形成 匙孔，如图6-1-1所示。能量通过这种方式在工件中的聚集非常有效， 通过热传导损失的能量很少，因此可以有更高的焊接速度。 激光束能量极为集中，与其他传统焊接能源如电弧焊相比有效得多。 此外，不同于电子束，激光不受焊接过程中工件产生的磁场的影响。 高的激光功率密度产生的熔池和热影响区小，伴随着熔池附近区域极 高的加热和冷却速度，因此产生焊接变形小。激光焊接材料厚度范围 广，可从数微米到数十毫米。
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只有当照射到工件上的功率密度足够高 （105～106W/cm2）时才会形成上述四个 连续过程。如果不具备这个条件，大多数 的热量通过工件的热传导而散失，即使延 长激光幅照时间，温度也无法上升到超过 金属的汽化点。因此形成匙孔有一个能量 阈值，这个阈值的大小取决于材料的热力 学常量和对入射激光的吸收率。
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6.2.1.2 匙孔内的能量吸收
激光焊接过程中，材料剧烈汽化膨胀产生的压力将熔融材 料抛出，形成匙孔。匙孔的形成对激光与材料间的能量藕 合机制影响很大，匙孔效应对于加强激光焊接、切割、打 孔等加工程中对激光的吸收具有极其重要的作用。 在匙孔形成以前，激光入射到工件表面上，一部分被反射， 一部分被工件材料所吸收，吸收的能量转化为热能并通过 热传导的方式向工件材料内部传递，焊接过程属于热传导 焊。由于大部分金属材料表面对激光有着强烈的反射，因 此在激光热传导焊中，大部分的激光能量被工件表面反射 损失掉了，激光能量的有效利用率不高。 但是，一旦匙孔形成，情况就有了根本性的改变。当匙孔 形成以后，激光直接入射到匙孔内部，并在匙孔孔壁上发 生多次反射，每次反射都有部分激光能量被匙孔孔壁所吸 收，如此经过孔壁的多次反射吸收而使得工件材料对激光 的吸收大大增强。进入匙孔的激光束通过孔壁的多次反射 而几乎被完全吸收。
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6.2 激光焊接的熔池、匙孔效应 及等离子体行为
6.2.1 匙孔效应 6.2.2 光致等离子体 6.2.3 激光焊接的熔池
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6.2.1 匙孔效应
6.2.1.1 匙孔的形成 6.2.1.2 匙孔内的能量吸收 6.2.1.3 匙孔内的压力平衡
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在激光深熔焊接过程中，激光的吸收取决于匙孔和等离子体效 应。等离子体和金属蒸汽的出现对深焊缝的获取既有利又有弊。 不利的一方面是，在等离子体上升及存在的过程中，等离子体 不断地从激光光束中吸收能量，使到达工件的有效能量减少， 作用于熔池中的激光能量降低。同时，光束通过等离子体时， 会改变聚焦条件，破坏光束的均匀性，使光斑位置发生改变， 光束波前畸变导致聚焦光斑扩散，从而表面熔化区扩大，阻碍 焊接过程的正常进行。此外，等离子体不断从激光光束中吸收 能量后，等离子体的电离云尺寸不断增大，直至导致周围介质 被击穿，这一过程类似于两个平板电极之间瞬间放电击穿。这 种介质击穿，即所说的等离子体的击穿，导致爆震波的产生。 这种震波阻断了熔化过程的进行，导致焊缝表面非常不平整。 这种等离子体击穿也使基于匙孔效应的深熔焊接过程逆向进行， 因此熔深大大减小。激光焊接的熔深比同等功率的电子束焊接 低，一个重要的原因是前者受等离子体的影响，降低了匙孔深 度，增大了匙孔直径。 但是，另一方面，等离子体和金属蒸汽以一定压力从熔池中喷 出时，使熔池底部固体金属暴露在激光的直接照射下，使固体 金属进一步熔化，产生较大熔深。因此，稳定的等离子体云有 利于改善激光能量和工件之间的耦合，使得焊接过程更为有效。