7-4激光加工技术-激光焊接.ppt

1 激光焊接是一种材料连接 主要是金属材料之间连接的技术 它和传统的焊接技术一样 通过将材料连接区的部分熔化而将两个零件或部件连接起来 图7 19阴极芯的激光焊接设备原理图1 光束分束器 2 聚焦透镜 3 阴极芯 2 激光焊接相对于传统方式的优点 1 用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工的如脆性大 硬度高或柔软性强的材料实施焊接 2 在激光焊接过程中无机械接触 易保证焊接部位不因热压缩而发生变形 3 激光束易于控制的特点使得焊接工作能够更方便的实现自动化和智能化 3 图7 19所示为一种显象管阴极芯的激光焊接设备原理 4 激光焊接主要有热导焊和深熔焊两种 热导焊采用的激光功率为105w cm2左右 是靠热传导进行焊接的 焊缝深度小于2 5mm 焊缝的深宽比最大为3 1 深熔焊采用的功率密度在106 107w cm2之间 焊缝的深宽比最大可达12 1 7 4 1激光热导焊 1 激光热导焊 热导焊时 激光辐射能量作用于材料表面 激光辐射能在表面转化为热量 表面热量通过热传导向内部扩散 使材料熔化 在两材料连接区的部分形成溶池 溶池随着激光束一道向前运动 溶池中的熔融金属并不会向前运动 在激光束向前运动后 溶池中的熔融金属随之凝固 形成连接两块材料的焊缝 2 激光热导焊的工艺及部分参数 激光热导焊的连接形式 片状工件的焊接形式有对焊 端焊 中心穿透熔化焊等 激光功率密度 如激光功率密度低则熔深浅 焊接速度慢 图7 20是热导焊接不锈钢时熔化深度 扫描速度与激光功率密度的关系 图7 20激光热导焊焊接不锈钢时功率与焊接速度 熔化深度的关系 7 4 1激光热导焊 2 激光热导焊的工艺及部分参数 脉冲激光热导焊的脉冲宽度 脉冲宽度影响到焊接熔深 热影响区的宽度等焊接的质量要求 脉宽时间长 焊接熔深热影响区都大 反之则小 因此 要根据激光功率的大小 要求的焊接熔深和热影响区的宽度大小来适当选择脉冲宽度 离焦量对焊接质量的影响 因为焦点处激光光斑中心的光功率密度过高 激光热导焊通常需要一定的离焦量 使得光功率分布相对均匀 离焦方式有两种 焦平面位于工件上方为正离焦 反之为负离焦 在实际应用中 要求熔深较大时采用负离焦 焊接薄材料时宜用正离焦 此外离焦量还直接影响到焊逢的宽度 脉冲激光热导焊的脉冲波形 激光热导焊也可以用脉冲激光来完成 其脉冲波形对于焊接质量也有很大的影响 焊接铜 铝 金 银等高反射率的材料 为了突破高反射率的屏障 使金属瞬间熔化把反射率降低下来 实现后续的热导焊过程 需要脉冲带有一个前置的尖峰 而对于铁 镍 钼钛等黑色金属 表面反射率较低 应采用较为平坦或平顶的波形 7 4 2激光深熔焊 1 激光深熔焊的原理 当激光功率密度达到106 107W cm2时 功率输入远大于热传导 对流及辐射散热的速率 材料表面发生汽化而形成匙孔 孔内金属蒸汽压力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡 激光可以通过孔中直射到孔底 2 激光深熔焊工艺参数 临界功率密度 深熔焊时 功率密度必须大于某一数值 才能引起小孔效应 这一数值 称为临界功率密度 不同材料具有不同的临界功率密度的大小 因此决定了各种材料进行激光深熔焊的难易程度 激光深熔焊的熔深 激光深熔焊熔深与激光输出功率密度密切相关 也是功率和光斑直径的函数 在一定的激光功率下 提高焊接速度 热输入下降 焊接熔深减少 对于给定的激光功率等