激光焊接技术规范

激光焊接技术规范一、概述

激光焊接技术是一种利用激光束作为热源，对工件进行局部加热并形成熔池，通过熔池的流动和冷却实现连接的先进制造工艺。该技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、变形小、自动化程度高等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、精密仪器等领域。为确保焊接质量和生产安全，需遵循以下技术规范。

二、技术准备

（一）设备准备

1.激光焊接设备应处于良好工作状态，包括激光器、光学系统、控制系统等。

2.定期检查激光束质量，确保光斑形状、能量稳定。

3.确认焊接参数（如功率、速度、离焦量）符合工艺要求。

（二）材料准备

1.工件表面应清洁，去除油污、锈迹等杂质，以免影响焊接质量。

2.对接间隙应控制在合理范围内（通常为0.05～0.1mm），避免错边或未熔合。

3.焊前预热工件至指定温度（如20～50℃），减少焊接应力。

三、焊接参数设置

（一）基本参数

1.功率：根据材料厚度选择功率，如1mm钢板焊接功率范围可为1500～3000W。

2.焊接速度：通常为1～10mm/s，需根据材料熔化速率调整。

3.离焦量：负离焦（-10～-50μm）可增加熔深，正离焦（+10～+30μm）可减少飞溅。

（二）辅助参数

1.保护气体：常用惰性气体（如氩气、氦气）流量为10～20L/min，以防止氧化。

2.送丝速度（适用于填丝焊接）：根据填充材料直径调整，如0.8mm钢丝送丝速度为5～15m/min。

四、操作步骤

（一）开机准备

1.启动激光焊接设备，检查激光器输出是否正常。

2.调整焊接头高度，确保与工件距离符合设定值。

3.启动辅助气体系统，确认气流稳定。

（二）焊接实施

1.将工件固定在工作台上，对准焊缝位置。

2.启动激光焊接程序，缓慢移动焊接头至起始点。

3.启动激光并调整焊接速度，观察熔池状态，避免过热或未熔合。

4.完成焊接后，待熔池冷却后移开工件。

（三）收尾工作

1.关闭激光器及辅助气体系统。

2.清理工作台及设备，记录焊接参数及质量情况。

五、质量检验

（一）外观检查

1.检查焊缝表面是否平整，无裂纹、气孔、未熔合等缺陷。

2.测量焊缝宽度及余高，应符合设计要求（如宽度±0.2mm，余高0～0.3mm）。

（二）内部检测

1.采用超声波探伤（UT）检测内部缺陷，如未焊透、夹杂物等。

2.对关键部件进行硬度测试，确保焊缝强度达标（如硬度值比母材高10～20HB）。

六、安全注意事项

（一）个人防护

1.操作人员需佩戴防护眼镜、激光手套等，避免激光辐射伤害。

2.穿戴防高温工作服，防止熔融金属溅射烫伤。

（二）设备安全

1.焊接区域应设置警示标识，禁止无关人员进入。

2.定期检查设备冷却系统，防止过热引发故障。

（三）环境要求

1.保持焊接车间通风良好，避免有害气体聚集。

2.使用防火材料铺设地面，防止熔融物引发火灾。

**一、概述**

激光焊接技术是一种高效、精密的连接方法，利用高能量密度的激光束照射工件接头，使其迅速熔化，并通过控制熔池的冷却和凝固过程形成牢固的焊缝。该技术相较于传统焊接方法，具有显著优势：

（一）高能量密度与快速焊接

激光束的能量密度极高，可达数千至数万瓦特每平方厘米，使得焊接过程非常迅速。例如，对于1mm厚的金属板材，激光焊接速度通常可达1-10米每分钟，远超传统电弧焊。这不仅能大幅提高生产效率，还能有效减少生产成本。

（二）热影响区（HAZ）极小

由于激光加热区域非常集中，且加热时间短，因此工件受热范围有限，热影响区相比传统焊接方法（如电弧焊）可缩小80%以上。这有助于减缓焊接接头的热应力，减少变形，并保持材料原有的力学性能和物理性能。

（三）焊接质量高

激光焊接形成的焊缝通常具有较低的杂质含量和良好的冶金结合性，焊缝强度接近甚至超过母材。同时，焊缝成型美观，内部缺陷（如气孔、夹渣）发生率较低。

（四）自动化与精密控制

激光焊接易于与自动化设备（如机器人、运动平台）集成，实现高精度、高重复性的自动化焊接。通过精确控制激光参数（功率、扫描速度、焦点位置等），可以实现对复杂形状焊缝的精密加工。

（五）应用广泛

激光焊接技术已广泛应用于汽车制造（车身、零部件连接）、航空航天（高强度结构件）、电子电器（精密电子元件）、医疗器械（医用器械精密连接）、精密仪器（仪器外壳及内部结构连接）等多个领域。

本规范旨在为激光焊接操作人员、技术人员及管理人员提供一套系统、规范的指导，以确保焊接过程的顺利进行和焊接质量的稳定可靠。

**二、技术准备**

充分的准备是保证激光焊接顺利进行和获得高质量焊缝的基础。技术准备主要包括设备检查、材料准备和工艺参数设定等方面。

（一）设备准备

1.激光器状态检查：

（1)检查激光器输出功率稳定性，确保其符合设定值，波动范围不超过±5%。

（2)使用功率计或能量计检测激光束质量，确认光斑形状（如高斯光斑）和能量输出均匀性。

（3)检查激光器冷却系统，确保冷却液流量、温度和压力在正常范围内，防止激光器过热。

2.光学系统维护：

（1)清洁激光器输出镜、反射镜、扩束镜等光学元件，使用专用镜头纸和清洁剂，避免用手直接接触镜面。

（2)检查光学元件的安装位置和紧固状态，确保光路准直，无遮挡。

（3)对于光纤激光器，检查光纤连接器的清洁度和连接紧固性，确保信号传输损耗最小。

3.控制系统校准：

（1)检查焊接程序的存储和调用是否正常，确保程序参数（功率、速度、离焦量等）准确无误。

（2)校准运动控制系统，确保焊接头（如焊接机器人或导轨）的运动轨迹精度和重复定位精度达到要求（例如，重复定位精度优于0.1mm）。

（3)检查示教器和操作界面的显示是否正常，确保操作人员能够清晰监控焊接过程。

4.辅助系统检查：

（1)激光保护眼镜：根据激光波长和功率选择合适的安全等级和透射比的眼镜，确保佩戴牢固。

（2)防护服与手套：使用耐磨、阻燃、防激光辐射的防护服，佩戴适合激光焊接的耐高温手套。

（3)工作台：确保工作台平整、稳固，具备良好的导电性（若需接地），并配备合适的夹具固定工件。

（4)保护气体系统：检查气瓶压力、减压阀、流量计、气管等是否完好，确认气体纯度（如氩气纯度应大于99.99%）和流量符合工艺要求。

（二）材料准备

1.工件清洁：

（1)焊接前，必须彻底清除工件接缝区域的油污、油脂、锈迹、氧化皮、灰尘等污染物。可使用有机溶剂（如丙酮）、清洗剂或喷砂等方式进行清洁。

（2)清洁范围应至少超出焊缝边缘50mm以上，确保污染物不会影响焊接区域或进入熔池。

（3)对于铝合金等易氧化材料，清洁后应尽快焊接，或在清洁表面涂抹防氧化剂。

2.接头设计与管理：

（1)确认工件接缝形式（如对接、搭接、角接等）及尺寸是否符合设计图纸要求。

（2)检查接缝间隙，对于激光焊接，合适的间隙通常很小（例如，对于1mm厚的板材，间隙宜控制在0.05mm-0.15mm之间）。过大的间隙可能导致未熔合或焊接困难，过小的间隙可能导致焊接变形增大或需要更大的激光功率。

（3)确保工件表面平整，无明显凹凸不平或弯曲，必要时进行预处理（如校平）。

3.材料匹配与预热：

（1)确认焊接工件的材质牌号相同或兼容。不同材料焊接时，需特别注意熔点、沸点、热膨胀系数、导热率等的差异，这些因素会影响焊接难度和接头性能。

（2)根据材料特性和板厚，决定是否需要进行焊前预热。例如，焊接高碳钢或厚板时，为减少焊接应力、防止裂纹，通常需要进行预热，预热温度可设定在100℃-300℃之间，具体数值需参考材料手册和工艺试验。

（3)预热应均匀，可以使用烘箱、红外加热器或火焰加热等方式，并避免局部过热。

**三、焊接参数设置**

激光焊接参数是影响焊接质量的关键因素，合理的参数设置是实现优质、高效焊接的前提。主要参数包括基本参数、辅助参数和动态参数。

（一）基本参数设置

1.激光功率（Power）：

（1)功率是激光焊接中最主要的能量输入参数，直接影响熔池的大小和温度。

（2)功率的选择需综合考虑材料种类、板厚、接头形式、期望的焊缝外观和强度等因素。

（3)通常遵循“宁小勿大”的原则，在保证完全熔透和形成稳定熔池的前提下，尽量使用较低的功率，以减少热输入、降低热影响区。

（4)可参考经验公式或工艺数据库初步设定，再通过实验调整。例如，焊接低碳钢时，功率P（W）可大致估算为P≈1000*t*v，其中t为板厚（mm），v为焊接速度（mm/s），但这仅为粗略估计，实际需根据具体设备和材料进行验证。

2.焊接速度（WeldingSpeed）：

（1)焊接速度决定了激光能量在工件上的沉积速率，是影响熔池形态和尺寸的另一个关键参数。

（2)焊接速度过慢可能导致熔池过大、热量积累过多、热影响区扩大，易产生过热组织和焊接变形；速度过快则可能导致熔池过小、熔透不足、焊缝强度下降。

（3)理想的焊接速度应在保证熔透和形成美观焊缝的前提下获得，通常需要通过试验确定最佳范围。

（4)焊接速度与功率需匹配，高功率通常配合较高的焊接速度使用。

3.焦点位置（FocusPosition）：

（1)激光焦点位置（离焦量）对熔池深度和宽度有显著影响。焦点位于工件表面为正离焦，位于工件表面下方为负离焦。

（2)负离焦（焦点在工件下方）可以使激光能量更集中于焊缝根部，增加熔深，减少匙孔（Keyhole）效应，适用于多数激光焊接情况，尤其是对间隙控制要求不高的场合。

（3）正离焦（焦点在工件上方）可以使熔池更浅、更宽，减少飞溅，适用于薄板焊接或对焊缝表面质量要求较高的场合。

（4）离焦量的具体数值需根据材料、板厚、焊接功率和速度进行优化，通常在-10μm至-50μm之间，具体数值需通过实验确定。

（二）辅助参数设置

1.保护气体类型与流量（ShieldingGasType&FlowRate）：

（1)保护气体的主要作用是隔绝空气，防止熔池和热影响区氧化，并有助于稳定匙孔。

（2）常用保护气体为惰性气体，如氩气（Ar）和氦气（He）。氩气成本较低，保护效果良好，适用于大多数金属；氦气导热性更好，能更有效地保护高温熔池，且飞溅更小，但成本较高，适用于焊接铝、镁等活性较高的金属或需要高质量表面的场合。

（3）保护气体的流量需足够大，以形成有效的保护气罩，通常在10L/min至20L/min或更高，具体取决于激光功率、焊接速度和材料。流量过小保护不足，流量过大可能导致气孔或保护效率下降。

（4）气体喷嘴的设计和安装位置也很重要，应确保气流能充分覆盖整个焊接区域。

2.填充材料（FillingMaterial）（如适用）：

（1)当需要增加焊缝强度、填充间隙或改变焊缝形状时，会使用填充材料。

（2）填充材料的选择应与母材相匹配，以保证接头的性能和可焊性。

（3）对于自动激光填丝焊接，需设定送丝速度。送丝速度需与焊接速度匹配，以保证熔池中始终有适量的填充材料熔化，送丝速度通常在2m/min至10m/min之间，需根据填充丝直径、材料特性和焊接要求调整。

（4）填充丝的引入方式（如接触送丝、非接触送丝）和位置（如焊缝中心、偏向一侧）也会影响焊接质量，需根据具体情况选择和优化。

（三）动态参数与波形设置（高级应用）

1.激光波形（LaserWaveform）：

（1）除了连续激光，脉冲激光（PulsedLaserWelding,PLW）也是一种重要的焊接方式。脉冲激光通过控制激光能量的脉冲宽度和脉冲间隔，可以显著影响熔池行为、热输入和焊接质量。

（2）脉冲焊接适用于焊接薄板（防止烧穿）、焊接易碎材料、减少热影响区、控制飞溅等方面。

（3）需要设置脉冲参数，如脉冲频率（Hz）、脉冲宽度（μs）、脉冲能量（%或mJ）以及波形（方波、梯形波等）。

2.焦点动态控制：

（1）对于移动速度较快的焊接，焦点位置可能随焊接头移动速度变化而需要动态调整，以保持最佳的熔深和熔宽。

3.气体流量动态控制：

（1）在某些复杂焊接或高速焊接中，可能需要根据焊接状态（如匙孔形成、熔池大小）动态调整保护气体流量。

**四、操作步骤**

激光焊接的操作过程应严格按照规程执行，确保安全、高效、高质量地完成焊接任务。

（一）开机准备

1.启动设备：

（1)按照设备操作规程，开启激光器电源、冷却系统、控制系统、辅助气体系统等。

（2)检查各系统运行状态指示灯是否正常，听有无异常声音或气味。

2.设备预热：

（1)对于某些高功率激光器，可能需要预热时间（如15分钟到1小时），使激光器达到稳定工作温度。

（2)预热期间，避免进行焊接操作。

3.环境检查：

（1)确认焊接区域整洁，无易燃物，通风良好。

（2)检查安全防护设施（如激光防护屏、急停按钮）是否到位且功能正常。

4.参数加载与确认：

（1)在控制系统或示教器上加载预设置的焊接程序。

（2)仔细核对程序中的所有参数（功率、速度、焦点、气体流量、送丝速度等）是否与工艺要求一致。

（3)进行参数自检或预运行，确保程序无误。

5.工件固定与对位：

（1)使用合适的夹具将工件牢固地固定在工作台上，确保定位准确，无滑动。

（2)对于需要精确对准的焊缝，使用测量工具（如卡尺、千分尺、激光对中仪）进行精确定位。

（二）焊接实施

1.预焊检查：

（1)再次确认工件安装是否牢固，焊缝对位是否准确。

（2)检查焊接头（如激光器光斑、喷嘴）是否清洁，安装位置是否正确。

（3)启动保护气体，观察气流是否顺畅且覆盖焊缝区域。

2.开始焊接：

（1)按下启动按钮，缓慢移动焊接头至焊缝起始点。

（2)启动激光焊接程序，观察熔池形成情况、匙孔形态、飞溅大小和焊缝成型。

（3)根据观察结果，判断初始参数设置是否合适。如需调整，应在焊接一小段距离（如10-20mm）后，在程序中修改参数并继续焊接，或在当前点暂停后手动微调。

3.焊接过程监控：

（1)在焊接过程中，持续观察熔池状态、气体保护效果、设备运行声音等。

（2）注意是否有异常现象，如声音突变、烟雾异常、设备抖动等，一旦发现异常，应立即按下急停按钮。

（3）对于长焊缝，可分段进行，每段焊接完成后稍作停留，待熔池冷却稳定后再继续。

4.完成焊接：

（1)焊接至终点后，按程序指令或手动停止激光输出。

（2）待熔池完全冷却、焊缝区域温度降至安全范围（通常用手触摸感觉不烫手）后，方可松开夹具取下工件。

（三）收尾工作

1.设备关闭：

（1)按照操作规程，先关闭辅助气体系统，再关闭激光器电源、控制系统和冷却系统。

（2)确认各设备电源已切断。

2.清理工作：

（1)清理工作台上的废料、焊渣、清洁保护气体残留。

（2）清洁光学元件、设备外壳等。

（3）将使用过的防护用品、夹具等归位。

3.记录与文档：

（1）记录本次焊接的工件信息、焊接参数、操作人员、焊接时间、质量状况（如外观、尺寸检查结果）等。

（2）对于不合格的焊缝，记录缺陷类型、可能原因及后续处理措施。

（3）将焊接参数和记录归档，作为工艺数据库的参考或质量追溯的依据。

**五、质量检验**

焊接质量是衡量激光焊接技术效果的核心指标。焊接完成后，必须进行系统性的质量检验，确保焊缝满足设计要求和使用安全。

（一）外观检查（VisualInspection）

1.目视检查：

（1)使用裸眼或借助放大镜，检查焊缝表面是否有裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣、咬边、焊瘤、凹陷等宏观缺陷。

（2)检查焊缝的形状和尺寸是否符合要求，如焊缝宽度、余高是否在公差范围内。

（3）评估焊缝表面光洁度，是否存在明显的飞溅、熔渣等影响外观的因素。

2.焊缝外观评定标准：

（1)可制定内部检验标准，或参照相关行业标准（如ISO8501-1对未熔合和未焊透的规定），对焊缝外观进行等级评定。

（二）尺寸测量（DimensionalMeasurement）

1.测量项目：

（1)使用卡尺、千分尺、高度尺、三坐标测量机（CMM）等工具，测量焊缝的宽度、余高、焊脚尺寸（角焊缝）、错边量、角变形、线轮廓度等几何尺寸。

2.测量方法：

（1)选择合适的测量点，通常在焊缝起始、中间、终止处以及最大变形部位。

（2)确保测量基准准确，测量工具校准有效。

3.尺寸合格性判断：

（1)将测量结果与设计图纸上的公差要求进行比较，判断尺寸是否合格。

（三）内部缺陷检测（InternalDefectDetection）

1.超声波探伤（UltrasonicTesting,UT）：

（1)UT是检测焊缝内部缺陷（如未熔合、未焊透、气孔、夹渣、裂纹等）的主要方法之一。

（2）根据被检工件厚度和结构，选择合适的探伤方法（如直探头、斜探头、双晶探头）和扫查方式（如直线、锯齿线、交叉）。

（3）按照相关探伤标准（如ISO9001、ASTMA435）进行操作和评定，记录缺陷的位置、大小和类型。

2.X射线探伤（RadiographicTesting,RT）：

（1)RT能够提供焊缝内部缺陷的二维影像，对于检测体积型缺陷（如气孔、夹渣）效果较好。

（2）适用于重要结构或对内部缺陷可视化要求高的场合。

（3）需由具备资质的探伤人员按照相关标准进行操作和评片。

3.其他检测方法（如适用）：

（1)气密性测试：适用于对焊缝密封性有要求的场合，如管道、容器。

（2)液体渗透检测（LiquidPenetrantTesting,LPT）：适用于检测表面开口缺陷。

（3)磁粉检测（MagneticParticleTesting,MT）：适用于铁磁性材料表面和近表面缺陷。

（四）力学性能测试（MechanicalPropertyTesting）

1.拉伸试验：

（1)从焊缝及热影响区切取试样，进行拉伸试验，测定焊缝的抗拉强度、屈服强度和延伸率。

（2）评估焊缝接头的力学性能是否达到设计要求或相关标准。

2.硬度测试：

（1)使用硬度计（如布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度）测量焊缝区、热影响区和母材的硬度值。

（2）硬度分布可以反映焊接热输入的大小和影响范围，是评估焊接质量的重要指标之一。

3.冲击试验：

（1)对于需要承受冲击载荷的结构件，应进行冲击韧性试验，评估焊缝接头的低温冲击性能或韧性。

**六、安全注意事项**

激光焊接涉及高能量激光束、高温焊缝、可能的有害气体和化学物质，操作过程中必须严格遵守安全规程，防止发生人身伤害、设备损坏和环境污染。

（一）个人防护装备（PersonalProtectiveEquipment,PPE）

1.激光防护眼镜：

（1)必须根据激光的波长、功率和安全等级，选择合适防护等级（如EN207,ANSIZ87.1）和透射比（TD）的防护眼镜。

（2)眼镜应覆盖所有眼睛区域，包括眼角。

（3）确保眼镜完好无损，定期检查透射比是否衰减。

（4）任何时候在激光工作区域内，无论是否直接照射，都必须佩戴合适的防护眼镜。

2.防护服与手套：

（1)穿戴阻燃、耐高温、防激光辐射的防护服，袖口应扣紧。

（2）使用耐高温、绝缘、防熔融金属溅射的手套，如皮革手套或专用焊接手套。

（3）避免穿戴易产生静电或易燃的衣物。

3.其他防护：

（1)根据需要，可佩戴耳塞或耳罩，以防护设备运行产生的噪音。

（2)在使用化学品（如清洗剂）时，应佩戴化学防护手套和护目镜。

（二）设备与场地安全

1.设备安全操作：

（1)严格按照设备操作手册进行操作，禁止超参数运行。

（2）定期对设备进行维护保养，特别是安全相关的部件（如急停按钮、安全联锁装置）。

（3）发现设备故障或异常，立即停止使用并报告维修。

2.激光安全区域：

（1)激光工作区域必须设置明显的安全警示标识，告知他人存在激光危险。

（2）对于Class3B和Class4激光器，必须配备激光防护屏或防护罩，防止激光束外泄。

（3）确保安全联锁装置（如光束中断检测器）功能正常，当防护门打开或检测到人员进入危险区域时，能自动切断激光输出。

3.工作环境：

（1)焊接车间应保持良好通风，特别是在使用有机溶剂或可能产生有害气体的场合。

（2）地面应防滑、防火，并考虑导电性，必要时进行接地。

（3）工作台应稳固，工具和材料摆放整齐，保持通道畅通。

（三）操作过程中的安全防护

1.防止眼睛伤害：

（1)操作人员、旁观人员及维修人员都必须佩戴合适的激光防护眼镜。

（2)禁止在激光束可能照射到的区域内进行非相关活动。

（3)移动或调整设备时，务必先关闭激光输出。

2.防止烫伤和热伤害：

（1)小心操作高温的焊缝、夹具和设备部件。

（2)使用隔热垫或工具搬运热工件。

（3)焊接完成后，待焊缝充分冷却后再进行清理或处理。

3.防止火灾：

（1)清除工作区域内的所有易燃物，或采取有效的防火措施（如使用防火毯、安装灭火器）。

（2)激光束照射到的路径上不能有可燃材料。

（3）定期检查设备冷却系统，防止过热引发火灾。

4.防止有害气体和粉尘：

（1)如果焊接材料可能产生有害烟尘（如某些金属焊接），应安装烟尘净化系统。

（2）焊接区域应保持相对密闭或强制通风，避免有害气体扩散到其他区域。

5.应急准备：

（1)熟悉紧急停机按钮的位置和使用方法。

（2)了解消防器材的位置和使用方法。

（3）制定应急预案，明确发生事故时的报告、疏散和救援流程。

一、概述

激光焊接技术是一种利用激光束作为热源，对工件进行局部加热并形成熔池，通过熔池的流动和冷却实现连接的先进制造工艺。该技术具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、变形小、自动化程度高等优点，广泛应用于航空航天、汽车制造、精密仪器等领域。为确保焊接质量和生产安全，需遵循以下技术规范。

二、技术准备

（一）设备准备

1.激光焊接设备应处于良好工作状态，包括激光器、光学系统、控制系统等。

2.定期检查激光束质量，确保光斑形状、能量稳定。

3.确认焊接参数（如功率、速度、离焦量）符合工艺要求。

（二）材料准备

1.工件表面应清洁，去除油污、锈迹等杂质，以免影响焊接质量。

2.对接间隙应控制在合理范围内（通常为0.05～0.1mm），避免错边或未熔合。

3.焊前预热工件至指定温度（如20～50℃），减少焊接应力。

三、焊接参数设置

（一）基本参数

1.功率：根据材料厚度选择功率，如1mm钢板焊接功率范围可为1500～3000W。

2.焊接速度：通常为1～10mm/s，需根据材料熔化速率调整。

3.离焦量：负离焦（-10～-50μm）可增加熔深，正离焦（+10～+30μm）可减少飞溅。

（二）辅助参数

1.保护气体：常用惰性气体（如氩气、氦气）流量为10～20L/min，以防止氧化。

2.送丝速度（适用于填丝焊接）：根据填充材料直径调整，如0.8mm钢丝送丝速度为5～15m/min。

四、操作步骤

（一）开机准备

1.启动激光焊接设备，检查激光器输出是否正常。

2.调整焊接头高度，确保与工件距离符合设定值。

3.启动辅助气体系统，确认气流稳定。

（二）焊接实施

1.将工件固定在工作台上，对准焊缝位置。

2.启动激光焊接程序，缓慢移动焊接头至起始点。

3.启动激光并调整焊接速度，观察熔池状态，避免过热或未熔合。

4.完成焊接后，待熔池冷却后移开工件。

（三）收尾工作

1.关闭激光器及辅助气体系统。

2.清理工作台及设备，记录焊接参数及质量情况。

五、质量检验

（一）外观检查

1.检查焊缝表面是否平整，无裂纹、气孔、未熔合等缺陷。

2.测量焊缝宽度及余高，应符合设计要求（如宽度±0.2mm，余高0～0.3mm）。

（二）内部检测

1.采用超声波探伤（UT）检测内部缺陷，如未焊透、夹杂物等。

2.对关键部件进行硬度测试，确保焊缝强度达标（如硬度值比母材高10～20HB）。

六、安全注意事项

（一）个人防护

1.操作人员需佩戴防护眼镜、激光手套等，避免激光辐射伤害。

2.穿戴防高温工作服，防止熔融金属溅射烫伤。

（二）设备安全

1.焊接区域应设置警示标识，禁止无关人员进入。

2.定期检查设备冷却系统，防止过热引发故障。

（三）环境要求

1.保持焊接车间通风良好，避免有害气体聚集。

2.使用防火材料铺设地面，防止熔融物引发火灾。

**一、概述**

激光焊接技术是一种高效、精密的连接方法，利用高能量密度的激光束照射工件接头，使其迅速熔化，并通过控制熔池的冷却和凝固过程形成牢固的焊缝。该技术相较于传统焊接方法，具有显著优势：

（一）高能量密度与快速焊接

激光束的能量密度极高，可达数千至数万瓦特每平方厘米，使得焊接过程非常迅速。例如，对于1mm厚的金属板材，激光焊接速度通常可达1-10米每分钟，远超传统电弧焊。这不仅能大幅提高生产效率，还能有效减少生产成本。

（二）热影响区（HAZ）极小

由于激光加热区域非常集中，且加热时间短，因此工件受热范围有限，热影响区相比传统焊接方法（如电弧焊）可缩小80%以上。这有助于减缓焊接接头的热应力，减少变形，并保持材料原有的力学性能和物理性能。

（三）焊接质量高

激光焊接形成的焊缝通常具有较低的杂质含量和良好的冶金结合性，焊缝强度接近甚至超过母材。同时，焊缝成型美观，内部缺陷（如气孔、夹渣）发生率较低。

（四）自动化与精密控制

激光焊接易于与自动化设备（如机器人、运动平台）集成，实现高精度、高重复性的自动化焊接。通过精确控制激光参数（功率、扫描速度、焦点位置等），可以实现对复杂形状焊缝的精密加工。

（五）应用广泛

激光焊接技术已广泛应用于汽车制造（车身、零部件连接）、航空航天（高强度结构件）、电子电器（精密电子元件）、医疗器械（医用器械精密连接）、精密仪器（仪器外壳及内部结构连接）等多个领域。

本规范旨在为激光焊接操作人员、技术人员及管理人员提供一套系统、规范的指导，以确保焊接过程的顺利进行和焊接质量的稳定可靠。

**二、技术准备**

充分的准备是保证激光焊接顺利进行和获得高质量焊缝的基础。技术准备主要包括设备检查、材料准备和工艺参数设定等方面。

（一）设备准备

1.激光器状态检查：

（1)检查激光器输出功率稳定性，确保其符合设定值，波动范围不超过±5%。

（2)使用功率计或能量计检测激光束质量，确认光斑形状（如高斯光斑）和能量输出均匀性。

（3)检查激光器冷却系统，确保冷却液流量、温度和压力在正常范围内，防止激光器过热。

2.光学系统维护：

（1)清洁激光器输出镜、反射镜、扩束镜等光学元件，使用专用镜头纸和清洁剂，避免用手直接接触镜面。

（2)检查光学元件的安装位置和紧固状态，确保光路准直，无遮挡。

（3)对于光纤激光器，检查光纤连接器的清洁度和连接紧固性，确保信号传输损耗最小。

3.控制系统校准：

（1)检查焊接程序的存储和调用是否正常，确保程序参数（功率、速度、离焦量等）准确无误。

（2)校准运动控制系统，确保焊接头（如焊接机器人或导轨）的运动轨迹精度和重复定位精度达到要求（例如，重复定位精度优于0.1mm）。

（3)检查示教器和操作界面的显示是否正常，确保操作人员能够清晰监控焊接过程。

4.辅助系统检查：

（1)激光保护眼镜：根据激光波长和功率选择合适的安全等级和透射比的眼镜，确保佩戴牢固。

（2)防护服与手套：使用耐磨、阻燃、防激光辐射的防护服，佩戴适合激光焊接的耐高温手套。

（3)工作台：确保工作台平整、稳固，具备良好的导电性（若需接地），并配备合适的夹具固定工件。

（4)保护气体系统：检查气瓶压力、减压阀、流量计、气管等是否完好，确认气体纯度（如氩气纯度应大于99.99%）和流量符合工艺要求。

（二）材料准备

1.工件清洁：

（1)焊接前，必须彻底清除工件接缝区域的油污、油脂、锈迹、氧化皮、灰尘等污染物。可使用有机溶剂（如丙酮）、清洗剂或喷砂等方式进行清洁。

（2)清洁范围应至少超出焊缝边缘50mm以上，确保污染物不会影响焊接区域或进入熔池。

（3)对于铝合金等易氧化材料，清洁后应尽快焊接，或在清洁表面涂抹防氧化剂。

2.接头设计与管理：

（1)确认工件接缝形式（如对接、搭接、角接等）及尺寸是否符合设计图纸要求。

（2)检查接缝间隙，对于激光焊接，合适的间隙通常很小（例如，对于1mm厚的板材，间隙宜控制在0.05mm-0.15mm之间）。过大的间隙可能导致未熔合或焊接困难，过小的间隙可能导致焊接变形增大或需要更大的激光功率。

（3)确保工件表面平整，无明显凹凸不平或弯曲，必要时进行预处理（如校平）。

3.材料匹配与预热：

（1)确认焊接工件的材质牌号相同或兼容。不同材料焊接时，需特别注意熔点、沸点、热膨胀系数、导热率等的差异，这些因素会影响焊接难度和接头性能。

（2)根据材料特性和板厚，决定是否需要进行焊前预热。例如，焊接高碳钢或厚板时，为减少焊接应力、防止裂纹，通常需要进行预热，预热温度可设定在100℃-300℃之间，具体数值需参考材料手册和工艺试验。

（3)预热应均匀，可以使用烘箱、红外加热器或火焰加热等方式，并避免局部过热。

**三、焊接参数设置**

激光焊接参数是影响焊接质量的关键因素，合理的参数设置是实现优质、高效焊接的前提。主要参数包括基本参数、辅助参数和动态参数。

（一）基本参数设置

1.激光功率（Power）：

（1)功率是激光焊接中最主要的能量输入参数，直接影响熔池的大小和温度。

（2)功率的选择需综合考虑材料种类、板厚、接头形式、期望的焊缝外观和强度等因素。

（3)通常遵循“宁小勿大”的原则，在保证完全熔透和形成稳定熔池的前提下，尽量使用较低的功率，以减少热输入、降低热影响区。

（4)可参考经验公式或工艺数据库初步设定，再通过实验调整。例如，焊接低碳钢时，功率P（W）可大致估算为P≈1000*t*v，其中t为板厚（mm），v为焊接速度（mm/s），但这仅为粗略估计，实际需根据具体设备和材料进行验证。

2.焊接速度（WeldingSpeed）：

（1)焊接速度决定了激光能量在工件上的沉积速率，是影响熔池形态和尺寸的另一个关键参数。

（2)焊接速度过慢可能导致熔池过大、热量积累过多、热影响区扩大，易产生过热组织和焊接变形；速度过快则可能导致熔池过小、熔透不足、焊缝强度下降。

（3)理想的焊接速度应在保证熔透和形成美观焊缝的前提下获得，通常需要通过试验确定最佳范围。

（4)焊接速度与功率需匹配，高功率通常配合较高的焊接速度使用。

3.焦点位置（FocusPosition）：

（1)激光焦点位置（离焦量）对熔池深度和宽度有显著影响。焦点位于工件表面为正离焦，位于工件表面下方为负离焦。

（2)负离焦（焦点在工件下方）可以使激光能量更集中于焊缝根部，增加熔深，减少匙孔（Keyhole）效应，适用于多数激光焊接情况，尤其是对间隙控制要求不高的场合。

（3）正离焦（焦点在工件上方）可以使熔池更浅、更宽，减少飞溅，适用于薄板焊接或对焊缝表面质量要求较高的场合。

（4）离焦量的具体数值需根据材料、板厚、焊接功率和速度进行优化，通常在-10μm至-50μm之间，具体数值需通过实验确定。

（二）辅助参数设置

1.保护气体类型与流量（ShieldingGasType&FlowRate）：

（1)保护气体的主要作用是隔绝空气，防止熔池和热影响区氧化，并有助于稳定匙孔。

（2）常用保护气体为惰性气体，如氩气（Ar）和氦气（He）。氩气成本较低，保护效果良好，适用于大多数金属；氦气导热性更好，能更有效地保护高温熔池，且飞溅更小，但成本较高，适用于焊接铝、镁等活性较高的金属或需要高质量表面的场合。

（3）保护气体的流量需足够大，以形成有效的保护气罩，通常在10L/min至20L/min或更高，具体取决于激光功率、焊接速度和材料。流量过小保护不足，流量过大可能导致气孔或保护效率下降。

（4）气体喷嘴的设计和安装位置也很重要，应确保气流能充分覆盖整个焊接区域。

2.填充材料（FillingMaterial）（如适用）：

（1)当需要增加焊缝强度、填充间隙或改变焊缝形状时，会使用填充材料。

（2）填充材料的选择应与母材相匹配，以保证接头的性能和可焊性。

（3）对于自动激光填丝焊接，需设定送丝速度。送丝速度需与焊接速度匹配，以保证熔池中始终有适量的填充材料熔化，送丝速度通常在2m/min至10m/min之间，需根据填充丝直径、材料特性和焊接要求调整。

（4）填充丝的引入方式（如接触送丝、非接触送丝）和位置（如焊缝中心、偏向一侧）也会影响焊接质量，需根据具体情况选择和优化。

（三）动态参数与波形设置（高级应用）

1.激光波形（LaserWaveform）：

（1）除了连续激光，脉冲激光（PulsedLaserWelding,PLW）也是一种重要的焊接方式。脉冲激光通过控制激光能量的脉冲宽度和脉冲间隔，可以显著影响熔池行为、热输入和焊接质量。

（2）脉冲焊接适用于焊接薄板（防止烧穿）、焊接易碎材料、减少热影响区、控制飞溅等方面。

（3）需要设置脉冲参数，如脉冲频率（Hz）、脉冲宽度（μs）、脉冲能量（%或mJ）以及波形（方波、梯形波等）。

2.焦点动态控制：

（1）对于移动速度较快的焊接，焦点位置可能随焊接头移动速度变化而需要动态调整，以保持最佳的熔深和熔宽。

3.气体流量动态控制：

（1）在某些复杂焊接或高速焊接中，可能需要根据焊接状态（如匙孔形成、熔池大小）动态调整保护气体流量。

**四、操作步骤**

激光焊接的操作过程应严格按照规程执行，确保安全、高效、高质量地完成焊接任务。

（一）开机准备

1.启动设备：

（1)按照设备操作规程，开启激光器电源、冷却系统、控制系统、辅助气体系统等。

（2)检查各系统运行状态指示灯是否正常，听有无异常声音或气味。

2.设备预热：

（1)对于某些高功率激光器，可能需要预热时间（如15分钟到1小时），使激光器达到稳定工作温度。

（2)预热期间，避免进行焊接操作。

3.环境检查：

（1)确认焊接区域整洁，无易燃物，通风良好。

（2)检查安全防护设施（如激光防护屏、急停按钮）是否到位且功能正常。

4.参数加载与确认：

（1)在控制系统或示教器上加载预设置的焊接程序。

（2)仔细核对程序中的所有参数（功率、速度、焦点、气体流量、送丝速度等）是否与工艺要求一致。

（3)进行参数自检或预运行，确保程序无误。

5.工件固定与对位：

（1)使用合适的夹具将工件牢固地固定在工作台上，确保定位准确，无滑动。

（2)对于需要精确对准的焊缝，使用测量工具（如卡尺、千分尺、激光对中仪）进行精确定位。

（二）焊接实施

1.预焊检查：

（1)再次确认工件安装是否牢固，焊缝对位是否准确。

（2)检查焊接头（如激光器光斑、喷嘴）是否清洁，安装位置是否正确。

（3)启动保护气体，观察气流是否顺畅且覆盖焊缝区域。

2.开始焊接：

（1)按下启动按钮，缓慢移动焊接头至焊缝起始点。

（2)启动激光焊接程序，观察熔池形成情况、匙孔形态、飞溅大小和焊缝成型。

（3)根据观察结果，判断初始参数设置是否合适。如需调整，应在焊接一小段距离（如10-20mm）后，在程序中修改参数并继续焊接，或在当前点暂停后手动微调。

3.焊接过程监控：

（1)在焊接过程中，持续观察熔池状态、气体保护效果、设备运行声音等。

（2）注意是否有异常现象，如声音突变、烟雾异常、设备抖动等，一旦发现异常，应立即按下急停按钮。

（3）对于长焊缝，可分段进行，每段焊接完成后稍作停留，待熔池冷却稳定后再继续。

4.完成焊接：

（1)焊接至终点后，按程序指令或手动停止激光输出。

（2）待熔池完全冷却、焊缝区域温度降至安全范围（通常用手触摸感觉不烫手）后，方可松开夹具取下工件。

（三）收尾工作

1.设备关闭：

（1)按照操作规程，先关闭辅助气体系统，再关闭激光器电源、控制系统和冷却系统。

（2)确认各设备电源已切断。

2.清理工作：

（1)清理工作台上的废料、焊渣、清洁保护气体残留。

（2）清洁光学元件、设备外壳等。

（3）将使用过的防护用品、夹具等归位。

3.记录与文档：

（1）记录本次焊接的工件信息、焊接参数、操作人员、焊接时间、质量状况（如外观、尺寸检查结果）等。

（2）对于不合格的焊缝，记录缺陷类型、可能原因及后续处理措施。

（3）将焊接参数和记录归档，作为工艺数据库的参考或质量追溯的依据。

**五、质量检验**

焊接质量是衡量激光焊接技术效果的核心指标。焊接完成后，必须进行系统性的质量检验，确保焊缝满足设计要求和使用安全。

（一）外观检查（VisualInspection）

1.目视检查：

（1)使用裸眼或借助放大镜，检查焊缝表面是否有裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣、咬边、焊瘤、凹陷等宏观缺陷。

（2)检查焊缝的形状和尺寸是否符合要求，如焊缝宽度、余高是否在公差范围内。

（3）评估焊缝表面光洁度，是否存在明显的飞溅、熔渣等影响外观的因素。

2.焊缝外观评定标准：

（1)可制定内部检验标准，或参照相关行业标准（如ISO8501-1对未熔合和未焊透的规定），对焊缝外观进行等级评定。

（二）尺寸测量（DimensionalMeasurement）

1.测量项目：

（1)使用卡尺、千分尺、高度尺、三坐标测量机（CMM）等工具，测量焊缝的宽度、余高、焊脚尺寸（角焊缝）、错边量、角变形、线轮廓度等几何尺寸。

2.测量方法：

（1)选择合适的测量点，通常在焊缝起始、中间、终止处以及最大变形部位。

（2)确保测量基准准确，测量工具校准有效。

3.尺寸合格性判断：

（1)将测量结果与设计图纸上的公差要求进行比较，判断尺寸是否合格。

（三）内部缺陷检测（InternalDefectDetection）

1.超声波探伤（UltrasonicTesting,UT）：

（1)UT是检测焊缝内部缺陷（如未熔合、未焊透、气孔、夹渣、裂纹等）的主要方法之一。

（2）根据被检工件厚度和结构，选择合适的探伤方法（如直探头、斜探头、双晶探头）和扫查方式（如直线、锯齿线、交叉）。

（3）按照相关探伤标准（如ISO9001、ASTMA435）进行操作和评定，记录缺陷的位置、大小和类型。

2.X射线探伤（RadiographicTesting,RT）：

（1)RT能够提供焊缝内部缺陷的二维影像，对于检测体积型缺陷（如气孔、夹渣）效果较好。

（2）适用