第十六章激光焊与切割

第十六章激光焊与切割第一页，共二十六页，编辑于2023年，星期一激光焊1.原理：利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统聚焦到十分微小的焦点，当调焦到焊件接头处时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成接头。2.特点：1）焊接热影响区极小，焊件难于变形；2）焊件不易被氧化，可在空气中焊接；3）焊接设备与焊件间无接触，可焊接难于接近的接头。3.应用：激光焊比较容易实现异种金属和异种材料的焊接，目前已广泛用于电子工业和仪表工业中微型件的焊接。第二页，共二十六页，编辑于2023年，星期一二、激光焊焊接设备的组成(1)激光器激光器是激光焊焊接设备的重要组成部分，负责提供加工所需要的光能。

(2)光束检测仪光束检测仪的作用是监测激光器的输出能量或功率，测量光束横截面上的能量分布状况。

(3)焊接过程监测系统该系统在工作过程中，对整个加工过程及质量进行监控。

(4)导光及聚焦系统导光及聚焦系统由若干个反射镜组成，使激光通过反射镜改变光路方向，在激光到达指定方位后，通过聚焦镜对其进行聚焦，然后根据需要进行激光焊和其他加工。一、激光焊与切割的基本原理第一节激光焊与切割概述第三页，共二十六页，编辑于2023年，星期一g07imzw(5)工作台工作台在装夹焊件的同时，还具有二维或多维运动功能，使聚焦后的激光束始终能照到待焊接和待加工的部位上。

(6)计算机计算机主要用来对整个激光焊焊接设备进行控制和调节，如，控制工作台的运动、控制激光器输出的功率、对激光加工质量进行监控等。第一节激光焊与切割概述第四页，共二十六页，编辑于2023年，星期一三、激光器的分类及组成(1)激光工作物资是具有若干能级的粒子系统，能使粒子数反转和受激辐射成为可能。

(2)谐振腔该机制给受激辐射提供振荡空间和稳定输出的正反馈，并限制光束的频率和方向。

(3)激励源(泵浦源)向激光物质提供能量，使之处于非平衡状态，形成粒子数反转。

(4)电源为激励源(泵浦源)提供能源。

(5)聚光器(固体激光器特有的)使光能最大限度地照射到激光工作物质上，提高光能的利用率。

(6)控制和冷却系统保证激光器能够正常、稳定和可靠地工作。第一节激光焊与切割概述第五页，共二十六页，编辑于2023年，星期一一、激光焊的特点1)聚焦后的功率密度可达104~107W/cm，甚至是更高。

2)激光加热的范围小(＜1mm)，在同样的焊接厚度条件下，比焊条电弧焊、TIG焊、MIG焊等焊接方法快。

3)激光焊接后，焊件的残余应力和残余变形小。

4)激光能被反射、透射，能在空间传播很远的距离而衰减很小，可以进行远距离或难以接近的部位焊接。

5)可以焊接一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，也可以焊接非金属材料，如陶瓷、有机玻璃等。

6)一台激光器可以同时进行多种不同的工作，如焊接、切割、合金化和热处理等。第二节激光焊第六页，共二十六页，编辑于2023年，星期一7)与电子束焊接相比，激光焊的最大特点是不需要真空室，焊接过程不产生X射线。

1)焊接厚度比真空电子束焊小。

2)高反射率的材料焊接还较困难。

3)焊接设备投资大。第二节激光焊第七页，共二十六页，编辑于2023年，星期一二、激光焊的分类1.脉冲激光焊

(1)脉冲能量决定脉冲激光焊加热能量的大小，影响被焊金属的熔化量。

(2)脉冲宽度决定脉冲激光焊的加热时间，它影响焊缝熔池的熔深及焊接热影响区的大小。

(3)功率密度功率密度较小时，焊接以传热的方式进行，焊点的直径和熔深由热传导所决定；当功率密度达到106W/cm2时，将产生小孔效应，形成深宽比大于1的焊点，金属略有汽化，但汽化量很小，不会影响焊点的形成。第二节激光焊第八页，共二十六页，编辑于2023年，星期一(4)离焦量Δf离焦量Δf是指焊件表面离聚焦激光束最小斑点的距离，改变离焦量，可以改变激光加热斑点的大小和光束入射的情况。

2.连续CO2激光焊

(1)激光功率P通常是指激光器直接输出功率，没有考虑在导光和聚焦系统所引起的损失。

(2)焊接速度v当激光功率一定时，由于提高焊接速度，使焊接热输入下降，焊接熔深会变小。

(3)光斑直径d减小光斑直径，功率密度与直径的平方成反比，因此，减小光斑直径比增加功率有效的多。第二节激光焊第九页，共二十六页，编辑于2023年，星期一(4)离焦量Δf离焦量不仅会影响焊件表面激光斑的大小，而且还影响光束的入射方向。

(5)保护气体保护气体在激光焊接过程中的作用有两个：其一，保护焊缝金属不受有害气体的氧化污染，提高焊接接头性能；其二，在激光焊接过程中吹保护气体，可以抑制等离子体的积聚，将金属蒸汽和等离子体从激光加热区，用流动的保护气体吹除。

3.传热焊

4.深熔焊第二节激光焊第十页，共二十六页，编辑于2023年，星期一一、激光切割的特点1.激光切割的质量好

2.激光切割效率高

3.激光切割是无接触切割

4.切割多种材料第三节激光切割第十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期一二、激光切割的分类1.激光汽化切割

2.激光熔化切割

3.激光氧气切割

4.激光划片与控制断裂切割第三节激光切割第十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期一一、激光的危害1.眼睛

(1)受激光直接照射由于激光的加热效应可引起人体视网膜的烧伤，并在瞬间使人致盲，即使小功率的激光也会造成眼底组织损伤，影响或降低视力。

(2)反射光的危害在激光焊与切割过程中，由于被焊金属或被切割金属表面对激光的反射，特别是强反射光对相关人员眼睛的危害，与受激光直接照射具有同样的危险性。

2.皮肤

3.有害气体

4.火灾5.其他第四节激光焊与切割的安全防护第十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期一二、激光焊与切割的安全防护技术1)在激光焊与切割的设备上，应有各种安全保护装置，在设备上应备有明显的危险标志和信号，如，“激光危险”、“高压危险”等。

2)激光光路系统应尽可能地全封闭，以防止激光光束直接照射事故的发生。

3)激光光路系统如不能全封闭，则可以让激光从人的高度以上通过，使人的眼、头部等重要器官避开激光光束的高度。

4)激光焊与切割的工作台，应用经过特殊处理过的玻璃加以屏蔽，防止反射光造成伤害事故。第四节激光焊与切割的安全防护第十四页，共二十六页，编辑于2023年，星期一5)激光焊与切割的现场应有安全标志，并用防护栏、隔离墙、屏风等进行隔离，防止无关人员误入危险区。

6)对激光器应该装配防护罩或防护围封，避免人员受到激光照射。

7)个人防护

①激光器现场操作人员和相关工作人员必须配戴激光防护眼镜，激光防护眼镜有普通型、防侧光型和半防侧光型等。

②激光器现场操作人员和相关工作人员，为减少漫反射的伤害，应该穿白色激光防护服，该防护服应用耐火及耐热材料制成。第四节激光焊与切割的安全防护第十五页，共二十六页，编辑于2023年，星期一③激光器现场操作人员必须经过培训的有经验人员，其他人员严禁操作激光器及进行激光加工。

④激光焊与激光切割以及激光加工的操作人员，在工作时，要戴有防护眼镜的头盔，以防止紫外激光的伤害。

⑤激光焊与激光切割以及激光加工的操作人员，在工作时，要戴激光防护手套，特别是从事高能量、高功率激光加工时，戴激光防护手套可以防止被激光意外照射时对双手的伤害。第四节激光焊与切割的安全防护第十六页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题1、下列不属于激光焊特点的是（）。

A、焊接速度高B、焊后变形大

C、焊前部需要特别的清洁处理D、可用于非金属材料的焊接2、激光气割是利用高能量密度的激光作为切割刃具，对材料进行切割加工的材料方法，其加工精度可达到（）水平。

A、精密机加工

B、普通加工

C、研磨D、刮削第十七页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题3、气体激光器放电管中充以（）、N2氮气N₂和He氦（Helium混合气体。

A、H2B、O2C、COD、CO24、脉冲激光焊加工热斑点微小，主要用于（）mm以下的薄片金属丝的焊接。

A、0.1B、0.25C、0.5D、0.755、连续CO2激光焊焊接形式应用最多的是（）。

A、搭接接头B、叠接接头

C、吻焊接头D、对接接头第十八页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题1、由于激光焊加热区域很窄，焊后试件受热很小，因此残余应力和变形相对较小。（）2、激光焊可焊接其他焊接方法难以焊接的材料，甚至可用于非金属材料的焊接。（）3、激光焊焊机可一机多用，即可用于焊接也可用于切割。（）4、脉冲激光焊类似于点焊，每个激光脉冲在金属上形成一个焊点，脉冲激光焊主要用于微小精密元件和一些微电子元件的焊接。（）第十九页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题5、CO2激光焊具有结构简单、能量转换效率高、输出功率大等特点，可广泛应用于铜、铝、不锈钢等材料的焊接。（）6、焊接激光器根据能力输出分为脉冲激光器和连续激光器两种。（）第二十页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题7、在固体激光器中，反射式聚焦用于中小功率的激光加工机。（*）.透射式聚焦用于中小功率的激光加工机,而反射式聚焦用于大功率激光加工设8、在固体激光器中，透射式聚焦用于大功率激光加工设备。（）9、光速检测器的主要作用是用来监测激光器的输出功率。（）第二十一页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题10、脉冲激光焊加热斑点微小，如果使焊点重合，还可以进行一些零件的封装焊。（）11、连续CO2激光焊与电子束焊相比，当焊速降到一定值后，熔深增加速度要比电子束焊大的多。（）激光焊分类激光焊分为脉冲激光焊和连续CO2激光焊以及激光切割。一、脉冲激...熔深增大,与电子束焊相比,当焊速降到一定值后,熔深增加速度要比电子束焊小的多;12、连续CO2激光焊要提高功率密度，减小光斑直径比增加功率更有效。（）第二十二页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题13、离焦量不仅影响工件表面激光光斑的大小，而且影响光束的入射方向，因而对熔深和焊缝形状有较大的影响。（）14、激光的亮度比太阳和电弧光高数十个数量级，受激光直接照射可瞬间使人致盲。（）15、激光直射还会造成人体烧伤，聚焦后的激光对人体伤害更大。（）第二十三页，共二十六页，编辑于2023年，星期一练习题16、激光操作人员必须经过规范严格的培训，合格上岗。