激光焊接
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。
激光焊接技术
激光焊接技术激光焊接技术是一种新兴的高技术制造方法，它采用高能量密度激光束对接头进行加热，使其局部熔化并迅速冷却，从而将接头快速连接在一起。
激光焊接技术在制造业中广泛应用，如汽车、飞机、船舶、电子、医疗设备等领域都在使用该技术，其具有高效、高精、高质、环保等特点，成为制造业中的瑰宝。
一、激光焊接技术的原理与类型激光焊接技术利用激光束对材料进行加热和熔化，使其在一定条件下完成接头连接的工艺。
激光焊接的过程，由于激光具有高能密度的特点，可以使材料迅速加热到熔点以上，以此实现对接头的定向加热和熔化，然后通过激光束的移动来控制熔池形成和接头连接。
在激光焊接加工的过程中，为了保证焊缝质量，需要对激光束精度、聚焦系统、感应监测系统等进行精细调整。
根据激光模式、工作方式和加工过程等不同，激光焊接技术可分为以下类型。
1.传统激光焊接技术传统激光焊接技术采用CO2激光精细加工和Nd:YAG固体激光器，它们主要是对金属材料进行加工，如钢、铝、铜等。
其特点是高功率密度、高效率、高能量集中度和高精度，但由于光束质量较低，聚焦距离较大，限制了其在微小尺寸加工上的应用。
2.光纤激光焊接技术光纤激光焊接技术是一种新型的激光加工技术，主要用于薄板和材料的激光加工。
与其他激光系统相比，光纤激光器具有低成本、高效率、低能耗、低维护成本等优势，其光束具有较高的光斑质量和聚焦能力，在焊接中具有更好的稳定性。
3.激光多炮焊接技术激光多炮焊接技术是一种利用多个激光源同时对工件进行焊接的技术。
该技术可通过并联或串联不同功率激光源实现工件在短时间内的大面积快速加热，从而实现快速焊接工艺。
激光多炮焊接技术相比传统激光焊接技术更加高效和灵活，可大大提高工作效率。
二、激光焊接技术的应用激光焊接技术在汽车、电子、医疗器械、管道、压力容器、船舶、航空航天、军事等领域都有着广泛的应用。
1.汽车制造激光焊接技术被广泛应用于汽车板材焊接，主要用于车身、车门、引擎等部件的连接和维修。
激光焊接的分类
激光焊接的分类
激光焊接可分为以下几种分类：
1. 按激光器类型分类：
- 气体激光焊接：使用气体激光器（如CO2激光器）产生激光束进行焊接。
- 固态激光焊接：使用固态激光器（如Nd:YAG激光器）产生激光束进行焊接。
- 光纤激光焊接：使用光纤激光器产生激光束进行焊接。
2. 按激光束形态分类：
- 点焊：激光束聚焦成较小的焊点进行焊接。
- 线焊：激光束聚焦成一条线进行焊接。
- 面焊：激光束聚焦成矩形或圆形焊缝进行焊接。
3. 按焊接方式分类：
- 平面焊接：将两个平面材料进行焊接。
- 对接焊接：将两个相互对接的材料焊接在一起。
- 角焊接：将两个角度不同的材料焊接在一起。
- 涡流焊接：用激光束焊接涡流现象产生的磁场。
4. 按材料分类：
- 金属激光焊接：用激光束将金属材料进行焊接。
- 塑料激光焊接：用激光束将塑料材料进行焊接。
- 玻璃激光焊接：用激光束将玻璃材料进行焊接。
这些分类并非绝对，实际应用时可能会进行混合使用或根据具体需求进行调整。
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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一、引言
目前，国际上对于汽车的开发研究正朝着低能耗、低排放、低成本方向发展，汽车工业的轻量化是一个主要发展方向。
剪裁拼焊板(TWB)正是在这种背景下发展起来的一种新技术，它是将不同材质、不同厚度的板料经剪裁后，用焊接方法拼成坯板，然后整体冲压成形的一种加工工艺。
剪裁拼焊钢板在汽车工业中的使用，有效地节省材料、降低车身重量、降低成本、降低油耗，从而获得很大的经济效益。
相对于一般钢材，铝合金材料具有较低的密度、较高的比强度，可在满足强度等力学性能要求下，大大降低材料的消耗及构件的重量，因而铝合金剪裁拼焊板技术成为目前国际上的一个研究热点。
铝合金的激光焊接存在不少技术难点，如铝合金表面对激光束极高的初始反射率、焊缝的气孔、裂纹等，而铝合金不等厚板的激光拼焊，由于激光束对接口间隙的敏感性，以及由于材料厚度和材质的不同，使得拼焊工艺不仅存在铝合金激光焊接的一般问题，还存在焊缝成型困难、受热不均及应力集中等。
同时，对于小等厚铝合金薄板的激光拼焊，由于板厚小、铝合金的导热系数高以及不等厚造成的温度场分布不对称等，在拼焊板E形成不可忽略的残余应力和变形，对后续的冲压成形工艺和拼焊板的使用性能造成影响。
因此，研究铝合金不等厚板的激光拼焊，并对不等厚铝合金激光拼焊的温度场、应力应变场进行有限元模拟，具必要性和现实意义。
2、有限元分析模拟过程
2.1有限元法概述
有限元法（Finite Element Method ,FEM），也成为有限单元法或有限元素法，基本思想是将求解区域离散为一组有限个、且按一定方式互相连接在一起的单元的组合体。
它是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法。
对于有限元方法，其基本思路和解题步骤可归纳为
(1)建立积分方程，根据变分原理或方程余量与权函数正交化原理，建立与微分方程初边值问题等价的积分表达式，这是有限元法的出发点。
(2)区域单元剖分，根据求解区域的形状及实际问题的物理特点，将区域剖分为若干相互连接、不重叠的单元。
区域单元划分是采用有限元方法的前期准备工作，这部分工作量比较大，除了给计算单元和节点进行编号和确定相互之间的关系之外，还要表示节点的位置坐标，同时还需要列出自然边界和本质边界的节点序号和相应的边界值。
(3)确定单元基函数，根据单元中节点数目及对近似解精度的要求，选择满足一定插值条件的插值函数作为单元基函数。
有限元方法中的基函数是在单元中选取的，由于各单元具有规则的几何形状，在选取基函数时可遵循一定的法则。
(4)单元分析：将各个单元中的求解函数用单元基函数的线性组合表达式进行逼近；再将近似函数代入积分方程，并对单元区域进行积分，可获得含有待定系数(即单元中各节
点的参数值)的代数方程组，称为单元有限元方程。
(5)总体合成：在得出单元有限元方程之后，将区域中所有单元有限元方程按一定法则进行累加，形成总体有限元方程。
(6)边界条件的处理：一般边界条件有三种形式，分为本质边界条件(狄里克雷边界条件、自然边界条件(黎曼边界条件)、混合边界条件(柯西边界条件)。
对于自然边界条件，一般在积分表达式中可自动得到满足。
对于本质边界条件和混合边界条件，需按一定法则对总体有限元方程进行修正满足。
(7)解有限元方程：根据边界条件修正的总体有限元方程组，是含所有待定未知量的封闭方程组，采用适当的数值计算方法求解，可求得各节点的函数值。
2.2温度场的控制方程
sh q z T y T x T
k t T
c +∂∂+∂∂+∂∂=∂∂)(222222ρ
K 为各向同性的材料热传导系数，sh q 为热源产生的热量。
2.3热源模型
高斯热源模型在用有限元分析方法计算焊接温度场应用较多，在电弧挺度较小、对熔池冲击力较小的情况下，运用这种模型能得到较准确的计算结果。
但由于没有考虑电弧穿透的影响而受到限制。
高能束如激光、电子束焊接，高斯分布函数没有考虑电弧的穿透作用，在这种情况下，
A.Goldak 提出更为实际的一种热源模式–半球状热源分布函数。
半球状热源分布函数
))(3exp(6)(2
323R r R
Q
r q -=π 这种分布函数也有一定的局限性，因为在实践中，熔池在激光焊接等情况下不是球对称的，为了改进这种模式，A.Goldak 等提出了椭球形热源模型。
椭球状热源分布函数：
)))()()((3exp(36),,(222
23c z b y
a x
abc Q z y x q ++-=π 式中：q(x,y,z)为功率密度，单位为3m w
；a 、b 、c 为轴半长。
根据焊接时光斑直径、离焦量等焊接参数，温度场模拟时a ，b ，c 三个半轴长分别近视取：0.5mm ，0.55mm ，1.4mm 。
2.3材料物理性能的选取
金属材料的物理性能参数如比热容、导热系数、弹性模量、屈服应力等一般都随温度的变化而变化。
当温度变化范围不大时，可采用材料物理性能参数的平均值进行计算。
但焊接过中，焊件局部加热到很高的温度，整个焊件温度变化十分剧烈，如果不考虑材料的物理性能参数随温度的变化，那么计算结果一定会有很大的偏差。
所以在焊接温度场的模拟计算中一定要给定材料的各项物理性能参数随温度的变化值。
通过查阅资料，可以获得部分温度下的物理性能，见表2.1。
通过插值法与外推法可以获得其他温度条件下的物理性能参数，见图2.2、2.3。
表2.1 5A05的物理性能参数
图2.2 利用插值法与外推法获得的高温状态下的比热容
图2.3 利用插值法与外推法获得的高温状态下的比热容
2.3边界条件的处理
激光拼焊时热能的损失主要是金属表面跟空，气的对流换热和热辐射作用有关。
随着温度的升高，热辐射越来越强烈。
这里把表面换热系数（α）看成是对流换热系数（b α） 和热辐射换热系数（c α）的总和：
b b ααα+=
因此, 边界条件为：
0)(0=-+∂∂T T n T
k α
式中：k ─材料导热率；
N ─边界表面外法线方向；
T ─焊件表面温度；
0T ─周围介质温度，取20℃。
由于辐射的计算和对流不同，且是4次方的非线性计算，容易使计算结果不收敛，所以采用适当提高对流系数的方法考虑辐射的影响。
2.4相变潜热
焊接过程中熔敷金属经历了固态- 液态- 固态物理相变过程, 在相变过程中又伴随着吸热与放热的过程, 可见相变潜热会对温度场造成一定的影响。
可以采用等效比热容法来计算相变潜热的影响。
等效比热容法是通过对比热容量在材料的熔化温度范围内迅速上升或下降的变化来计算相变潜热对结构热焓值的影响。
等效比热容法按下式计算：
C
C C T Q C
P +=∆∆=ββ 式中：C ─不考虑相变潜热时的比热容；
βC ─等效比热容；
Q ∆─凝固温度范围；
Q ∆─相变潜热。
图2.4 熔点附近比热突变
2.5光致等离子体和熔池对流的影响
激光焊接过程中，由于激光辐照金属材料汽化以及保护气体电力而产生的等离子体，称为光致等离子体。
光致等离子体主要有两个来源，一个是保护气体产生，一个是有金属蒸汽产生的。
在传导焊接中，没有小孔产生，两种等离子体都处于工作表面上方，更多的是对激光光束产生发射和折射，造成激光加工有效能量的损失，在模型中应适当减小激光光束的效率系数来考虑此影响。
在小孔那个焊接中，保护气体产生的等离子体位于工件上方，处理方法与传导焊相同，但是金属蒸汽产生的等离子体主要位于小孔内，即便产生反射与折射也是在小孔里，被小孔吸收，几乎不会造成能量损失，而且等离子体本身温度很高，一般可达到几千度，可以把小孔内的金属等离子体看成热生成体，相当于一体热源加载。
熔池对流温度场的影响，在焊接速度比较快的情况下是不可忽略的，通过增加有效液体热传导率来近似考虑对流的增强，即适当对提高熔点温度以上的导热系数近似考虑熔池对流的影响。