激光焊接工艺基础知识培训课件

激光焊接工艺

基础知识培训目录一、激光焊接基础激光定义激光焊接激光焊分类激光焊特点激光接头形式激光接头装配允许公差影响激光点焊的工艺参数常用材料焊接性及参数设置二、常见问题的处理三、激光安全1.人身保护2.防火保护3.电气安全通告4.材料安全通告5.设备防护措施a.激光定义激光焊接基础Laser“通过受激辐射实现光放大”LightAmplificationofStimulatedEmissionofRadiation激光活性物质受到激励，产生辐射，通过光放大而产生一种单色、方向性强、光亮度大的光束即为激光。经透射或反射聚焦后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达1012W/cm2的能束，可用作焊接、切割及材料表面处理的热源。b.激光焊接激光焊接基础

激光焊（LaserWelding）是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的一种高效精密的焊接方法。

激光焊实质上是激光与激光非透明物质相互作用的过程，微观上是一个量子过程，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化等现象。激光焊接基础c.激光焊分类激光焊通常按激光对工件的作用方式以及作用在工件上的功率密度进行分类。按激光发生器工作物质的不同，激光有固体、半导体、液体、气体激光之分。

根据激光对工件的作用方式，激光焊可分为连续激光焊和脉冲激光焊。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。

激光焊有两种基本模式，按激光聚焦后光斑作用在工件上功率密度的不同，激光焊一般分为传热焊（功率密度Pd<106W/cm2）和深熔焊(小孔焊，功率密度Pd>=106W/cm2)。d.激光焊特点激光焊接基础激光焊是一种新型的焊接方法，激光焊主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，其特点有：

1.具有高的深宽比，焊缝宽度小，热影响区小，变形小，焊接速度快。2.焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理工序。3.焊缝质量高，无气孔，可减少和优化母材杂质，组织焊后可细化，焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母材金属。4.可精确控制，聚焦光点小，可高精度定位，易实现自动化。可实现某些一种材料间的焊接。f.接头形式激光焊接基础e.接头装配允许公差激光焊接基础对接接头：间隙：最薄板厚的3-5%错边：最薄板厚的5-12%

搭接接头：间隙：最薄板厚的5-10%g.影响激光点焊的工艺参数激光焊接基础1.峰值功率2.脉冲宽度3.脉冲波形4.焦点位置WidthDepth5.其他因素以上机台参数主要为大族激光焊接设备，不同的品牌参数会有部分差异。1）峰值功率激光焊接基础在其他参数一定的情况下，峰值功率决定功率密度（单位面积内的激光功率，等于激光峰值功率除以光斑面积），而功率密度是激光加工中关键的参数之一。功率密度直接影响表面材料的温升时间，功率密度越大，温度升得越快。随着峰值功率的增加，焊点的熔深（Depth）逐渐增大，后趋势变缓至不再增加止，焊点的宽度（Width）也会有所增大。同时，由于功率密度增加，到一定程度，焊接过程稳定性降低，会有飞溅产生，焊点均匀性不好。

激光焊接基础2）脉冲宽度脉冲宽度简称脉宽（单个脉冲持续的时间），是脉冲激光焊接的重要参数之一。随着脉宽的增加，焊点宽度增加较焊点深度增加明显。焊接过程稳定性提高。3）脉冲波形激光焊接基础脉宽＝5ms频率＝1000/20=50Hz峰值功率＝1KW平均功率＝1×5÷20＝250W1激光焊接基础激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题。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。

方波尖峰波缓降波形功率脉宽4）焦点位置激光焊接通常需要一定的离焦，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

离焦方式有两种：正离焦与负离焦。激光焊接基础负离焦焦点位置正离焦焦点位置变化示意图焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现部分汽化，形成施压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。激光焊接基础激光焊接基础5）其他---吸收率（反射率）不同金属对激光的反射率1、波长越短，吸收率越高；2、一般导电性好的材料，反射率都很高；对YAG激光来说，银的反射率是96％，铝是92％，铜90％，铂89％，而铁只有60％。3、温度越高，吸收率越高，呈线性关系。4、表面涂层的影响，一般涂磷酸盐、碳黑、石墨等以提高吸收率。

高平镜面镀层很难焊接：镜面镀铬、镀金、镀银等；

一般镀层较易焊接：镀镍等；镀锌对焊接有不利影响，

高度抛光金属较难焊：铜、银、激光焊接基础5）其他---镀层影响参考影响激光点焊的工艺参数，根据材料本身的物理及机械特性，为达到不同的焊接效果，可以从激光峰值功率、脉冲宽度、脉冲波形、离焦量等4个方面进行参数的调整。激光焊接效果与被加工材料的光学特性、物理特性和机械特性有关。

光学特性：包括材料的反射率、吸收率、透过率等；物理特性：包括热传导率、热扩散率、密度、比热、热容量、熔融液粘滞性、汽化温度等；

机械特性：机械加工精度、应力强度、材料可焊性、工件清洁度等。

激光焊接基础H.常用材料焊接性及参数设置先在确定加工材料、尤其是两种以上不同的材料进行焊接加工时，要参考相关文献，确定材料能否被可靠的焊接。不同材料对不同激光波长的反射率也不相同，反射率越高，焊接越困难。

不同材料的物理特性和机械特性也会对焊接效果产生至关重要的影响。一般来说，在点焊时，热传导率越大，焊接效果越好；相反，在缝焊时，热传导率越小，焊接效果越好。需要用户根据不同的应用要求进行合理的选择。激光焊接基础1）碳钢及普通合金钢激光焊接基础总的说，碳钢激光焊接效果良好，其焊接质量取决于杂质含量。就象其它焊接工艺一样，硫和磷是产生焊接裂纹的敏感因素。为了获得满意的焊接质量，碳含量超过0.25%时需要预热。当不同含碳量的钢相互焊接时，焊炬可稍偏向低碳材料一边，以确保接头质量。低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高，并不适合激光焊接。低碳镇静钢由于低的杂质含量，焊接效果就很好。中、高碳钢和普通合金钢都可以进行良好的激光焊接，但需要预热和焊后处理，以消除应力，避免裂纹形成。2）不锈钢一般的情况下，不锈钢激光焊接比常规焊接更易于获得优质接头。与碳钢相比，不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。

不锈钢焊接的波形设置采用常用的方波即可，有特殊要求的可再针对性设置。激光焊接基础3）铝合金及铜合金

铝合金发射率较高，焊接所需能量大，焊接较为困难。有时，即便是同一种材料如铝，由于铝的纯度及所掺杂元素的不同，材料型号不同，焊接效果也不同，甚至相同型号的材料，来料批次不同，焊接效果也不尽相同；这时，需要用户根据不同的情况，适当调节激光焊接机的功率波形以及规范材料的成分来改善。紫铜较铝合金反射率更高，焊接更为困难。铜合金中铍铜、磷铜焊接尚好，黄铜中由于含有熔点低易挥发的锌元素，焊接性较差。

铝合金及铜合金（黄铜外）一般选择尖峰波形进行焊接。激光焊接基础钛、镍、锡、铜、铬、铌、金、银等多种金属及其合金，及钢、可伐合金等合金的同种材料间均可实现激光焊接。

有色金属相对难焊，其中紫铜合金、银合金最难焊。对于反射率高的材料（金、银、铜、铝等）宜采用较高的功率、尖峰波形；反射率一般的材料（钢、镍、钛、可伐合金等）宜采用方波或带缓升缓降的波形；4）其他金属激光焊接基础目录一、激光焊接基础激光定义激光焊接激光焊分类激光焊特点激光接头形式激光接头装配允许公差影响激光点焊的工艺参数常用材料焊接性及参数设置二、常见问题的处理三、激光安全1.人身保护2.防火保护3.电气安全通告4.材料安全通告5.设备防护措施常见问题的处理1、不出光

（电压、信号线、光栅、激光器开启、操作台打开、开机顺序）2、X、Y轴不动

（超出限位、气动门）3、焊点偏移

（治具尺寸、底座松动、上料不到位、治具与底座相对运动）4、焊点有高度、飞溅（参数设置不到位、材料表面不洁净、焦点问题）5、拉力不够（参数设置不到位、治具无法对材料有效施压、离焦太多）6、找焦点

（用小能量打、找到焊接火花最亮且焊接声音最脆位置即为焦点）7、焊点发黄发蓝

（焊点位置、能量过大、治具没压紧、少量发黄不可避免）8、XY轴运动速度加快

（速度、加速度增加）9、机器报警

（查看、清除）10、程序（信号）的加减、（选中焊接)目录一、激光焊接基础激光定义激光焊接激光焊分类激光焊特点激光接头形式激光接头装配允许公差影响激光点焊的工艺参数常用材料焊接性及参数设置二、常见问题的处理三、激光安全1.人身保护2.防火保护3.电气安全通告4.材料安全通告5.设备防护措施激光安全1.人身保护请勿注视或接触设备输出的激光光束或漫反射激光，否则会引起视力受损甚至失明或皮肤灼伤。如万一受伤，应避免伤口受到感染，应马上对伤口进行消毒，如情况严重，请去医院诊治；操作人员在使用该设备时应穿着工作服。请使用保护手套、长袖衣服、皮革围裙等保护用具，如果火花飞溅接触皮肤会引起灼伤；在使用本设备的场所，请务必戴上激光防护眼镜，防护眼镜能够通过防辐射膜层对特定波长的激光进行滤波以减弱激光强度。但仍要避免激光束直接进入眼睛，因为在激光束直接进入人眼的情况下也会造成视力受损甚至失明；激光安全在维护保养输出激光时，请勿触摸与维护保养无关的零部件，并请使用耐高温的光吸收体、漫射体作为挡板，以阻止激光外泄；设备在正常工作期间，禁止打开设备机箱。在设备机箱打开的状态下，禁止使用本设备；激光加工中或加工终止后，工件仍处于高温状态，请勿马上触摸工件；进行材料焊接时注意眼睛的休息。避免长时间持续的注视焊接光斑，否则会造成眼睛疲劳酸痛。激光安全2.防火保护禁止设备周围堆放易燃易爆物及杂物。若激光束照射或火花飞溅到易燃易爆材料上时，将会引起火灾甚至爆炸；禁止对易燃易爆物品等非法违禁物品进行焊接操作。例如装有可燃性气体的瓶子，易燃易爆的化工材料等；设备工作时请勿在设备上覆盖毛毯、布等纺织品，以免造成设备局部过热引起火灾；激光安全禁止在设备上放置盛放液体的容器，例如茶水、咖啡等。以免泼洒到设备内部引起电路短路起火，腐蚀性液则会腐蚀设备；请在设备安装的场所附近配置二氧化碳灭火器、干粉灭火器或干沙，以防万一。禁止使用其它类型的灭火器进行灭火。激光安全3.电气安全通告禁止将激光器电源输出端引线短路或接地；尽可能只用一只手操作电气设备，以防止电流在人体上构成回路；请使用指定的电线、电缆，如果使用容量不足的电线、电缆或连接方法不正确，将会引发火灾或触电；请勿损伤电源电线以及电缆。请勿踩、拧、拉电缆。电缆损伤会造成触电、短路甚至起火；开关、按钮等请小心按顺序逐一操作，避免同时切换多个开关造成设备故障激光安全本设备请勿在潮湿的环境下使用，电气部分受潮遇水可能会造成短路或漏电电源设备必须进行第三方接地且接地保护必须可靠，否则在出现故障或漏电时可能会造成触电；由于设备内部设计有电容元件，请不要在关闭设备电源后立即进行设备内部箱体检修，请等放电元件自行放电完成后再进行相应操作（通常情况，需要1分钟左右）；如果设备有焦臭气味、异常声响、异常发热、冒烟等异常现象时请关闭电源以停止运行，并立刻与本公司联系，否则有触电、火灾等危险。激光安全4.材料安全通告禁止对易燃易爆物品等非法物品进行焊接。例如装有可燃性气体的瓶子，易燃易爆的化