激光焊接技术及焊接机器人简介

激光焊接的工艺参数


对于激光深熔焊接的主要工艺参数：
1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔 深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的 激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志 着稳定深熔焊的进行。 2)光束焦斑。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决 定功率密度。 3)材料吸收值。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸 收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸 收率。 4)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。



（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化 范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。 （2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格， 可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。 （3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因 不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形接可降至最低。 （4）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。 （5）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）。 （6）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相 近的部件。



激光焊接特性



激光焊接属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。 激光束可由平面光学元件（如镜子）导引，随后再以反射聚焦元件或 镜片将光束投射在焊缝上。 激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以 防熔池氧化，填料金属偶有使用。
激光焊接示Leabharlann 图激光焊接的优缺点激光焊接的主要优点
激光焊接技术及激光焊接机 器人简介
摘要
各种焊接技术及其优缺点 激光焊接技术 激光焊接的优缺点 激光焊接的工艺参数 激光焊接的发展 激光焊接的应用举例 激光焊接机器人

各种焊接技术及其优缺点
激光焊接技术
---------基本工作原理
1.引言



激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究， 从开始的薄小零件或器件的焊接到目前大功率激光焊接在 工业生产中的大量的应用，经历了近40年的发展。 由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊 接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来 正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应 用在汽车、航空航天、国防工业、造船、海洋工程、核电 设备等领域，所涉及的材料涵盖了几乎所有的金属材料。 虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵， 一次性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国 的工业应用还相当有限，但激光焊接生产效率高和易实现 自动控制的特点使其非常适于大规模生产线和柔性制造。
激光焊接的发展
激光焊接技术
激光焊接的发展 ---激光填丝焊接


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。激光填丝焊接与 非填丝焊接相比, 具有 如下优点: (1)解决了对工件加 工装配要求严格的问 题; (2)可实现较小功率 焊接较厚较大零件; (3)通过调节填丝成 分, 可控制焊缝区域组 织性能。
激光焊接的主要优点





（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。 （9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回 熔的困扰。 （10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易）， 能精确的对准焊件。 （11）可焊接不同物性（如不同电阻）的两种金属 （12）不需真空，亦不需做X射线防护。 （13）若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1 （14）可以切换装置将激光束传送至多个工作站。
激光焊接的发展 ---激光钎焊
激光焊接的发展 ---激光钎焊

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激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接，尤其实用于片 状元件组装技术。采用激光软钎焊与其它方式相比有以 下优点： 用非接触加热，熔化带宽，不需要任何辅助工具，可在 双面印刷电路板上双面元件装备后加工。 重复操作稳定性好。 焊剂对焊接工具污染小，且激光照 射时间和输出功率易于控制，激光钎焊成品率高。 激光束易于实现分光，可用半透镜、反射镜、棱镜、扫 描镜等光学元件进行时间与空间分割，能实现多点同时 对称焊。 激光钎焊多用波长 1.06um 的激光作为热源，可用光纤 传输， 可以在常规方式不易焊接的部位进行加工，灵活 性好。
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 离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的 再出现。 （6）能量转换效率太低，通常低于10%。 （7）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。 （8）设备昂贵。
激光焊接的工艺参数
激光焊接的工艺参数


对于一般激光焊接的工艺参数：
(1)功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。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，产生大量汽 化。因此，高功率密度对于材料去除加工，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，在表层汽化 前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊 接中，功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。 (2)激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤 其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面 将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。 在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。

激光焊接的发展 ---激光电弧复合焊接



在激光焊接时,由于热作用和影响区很小,焊接端面接口容 易发生错位和焊接不连续现象;峰值温度高,温度梯度大, 焊接后冷却、凝固很快,容易产生裂纹和气孔。 而在激光与电弧复合焊接时,由于电弧的热作用范围、热 影响区较大,可缓和对接口精度的要求,减少错位和焊接不 连续现象;而且温度梯度较小,冷却、凝固过程较缓慢,有 利于气体的排除,降低内应力,减少或消除气孔和裂纹。 由于电弧焊接容易使用添加剂,可以填充间隙,采用激光电 弧复合焊接的方法能减少或消除焊缝的凹陷。
2、激光焊接技术的进展

在这里分两部分进行分析： 1）激光技术 2）激光焊接过程监测与质量控制
激光的产生原理及特性
三要素：激励源，介质，谐振 腔。介质受到激发至高能量状 态，由于受激吸收跃迁光在两 端镜间来回反射，将光波放大， 并获得足够能量而开始发射出 激光。 激光的四性：单色性、相干性、 方向性、高亮度 因而高度集中的激光可以提供 焊接、切割及热处理等功能


激光焊接的工艺参数



5)保护气体。激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池 。大多数应 用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受 氧化。 6)透镜焦距。焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用 63~254mm(2.5”~10”)焦距的透镜。 7)焦点位置。焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。 焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。 8)激光束位置。对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制着焊 缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭接结头的情况对此更为敏 感。 9)焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制。激光深熔焊接时， 不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关 时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出 现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。
焊接速度、焊缝深度与激光功率关系
焊接速度、焊缝深度与焦距关系
焊接速度、焊缝深度与光束偏振方向关系
焦点半径、焊接速度对焊缝截面影响
激光焊接基本接头形式
激光焊接的应用
激光焊接的应用领域




1、制造业应用 拼焊板是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢 材用激光把边部对焊，焊接成一块整体板，以满足零部件 对材料性能的不同要求。 从20世纪80年代中期开始，拼焊板作为新技术在欧洲、美 国、日本得到了广泛的关注。拼焊板工艺主要是为汽车行 业进行配套服务，尤其在车身零部件生产、制造和设计方 面，拼焊板的使用有着巨大的优势。 激光拼焊可以最大限度地减少汽车零件数量、减轻汽车重 量、优化零部件的公差和降低成本，同时又可保证汽车的 性能，代表了汽车新技术的发展方向。
激光焊接的发展 ---激光电弧复合焊接
这种复合焊接主要指 激光与TIG或MIG电弧 复合焊接。在这种工 艺中,激光和电弧相互 作用、取长补短。 例如,激光焊接的能量 利用率低的重要原因 是焊接过程中产生的 等离子体云对激光的 吸收和散射,且等离子 体对激光的吸收与正 负离子密度的乘积成 正比; • 如果在激光束附近外加电弧,电子密度显著降低,等离子体云得到稀 释,对激光的消耗减小,工件对激光的吸收率提高。而且由于工件对 激光的吸收率随温度的升高而增大,电弧对焊接母材接口进行预热, 使接口开始被激光照射时的温度升高,也使激光的吸收率进一步提高。 • 这种效果尤其对于激光反射率高、导热系数高的材料更加显著