激光焊#内容清晰

1、根据焊接方法，激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。脉冲激光焊接也称为微激光焊接，适用于微电子元件和薄板焊接。连续激光焊接适用于大而厚的焊接。根据激光焊接原理分类更重要，可分为热导焊和深焊。激光热导焊接是通过热导向内部扩散的激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复率等参数来控制工件以熔化特定熔池的激光热导焊接。激光功率密度低，用于薄壁材料和低速焊接。激光深焊是指在激光束的中心形成小孔(或锁孔)的金属材料的瞬时汽化，通过小孔激光束能量传递到工件的深处，几乎全部被吸收。主要出现在高功率CO2和高功率YAG激光器焊接时。激光热传导焊接是低功率密度(105w/cm2)，金属表面不气化，通常是横流、多阶

2、模具。表面光热表面温升和熔化通过热传导扩大熔体区域；具有以下特征：l熔体深度，轮廓近似球形；l激光器大部分反射。l薄壁小零件焊接；l焊接速度慢。激光深焊缝在功率密度足够时生成(106 w/cm2)。表面光热在很短的时间内熔化，汽化(10-8 10-6s) 金属蒸汽逸出，形成逆压坑吸收进一步加强蒸汽压力进一步加强，形成小英尺扩张力平衡后稳定的小孔形成小孔的移动，形成焊接。具有以下特征：l等离子体；l小孔形成。激光深焊是激光焊接最重要的应用方法。图21是激光深焊过程的示意图，由于激光焊接池的高加热功率密度，金属瞬间汽化，金属蒸汽从熔池流出的反冲力与熔池的静态压力和表面张力达到机械平衡，形成了稳定的

3、小孔。在激光深焊接过程中形成小孔，熔池中的存在是激光深焊接过程中最重要的特征。孔的存在必须使激光焊接池具有气体、液体、固体三相共存的特性，并成为激光焊接获得更大熔化的关键。激光深焊工艺具有以下效果：光等离子体墙聚焦效果净化效果。2.4激光焊接的主要工艺参数激光焊接的主要工艺参数包括激光功率、焊接速度、离焦量和保护气体。(1)激光功率激光功率是指激光的输出，主要影响激光焊接的焊透。激光焊接的最大穿透(h)随着激光功率(p)的增加而增加。(2)焊接速度在特定条件下，降低熔接速度v可以提高熔接的线能量，以增加熔接的穿透深度但是，如果熔接速度太低，熔胶不会无限增加，熔胶宽度增大的主要原因是：l如果熔接

4、速度太低，则熔接线会限制熔胶深度的进一步增加，因为能量大，熔胶池中熔胶的金属太多，导致金属蒸汽在较大的液体金属面积中形成，而在金属表面形成的蒸汽反冲压力不会无限增大焊接速度太低时，熔接线能量会增大，金属蒸汽会增加，此时等离子浓度会增加，过多的等离子体过度吸收激光，导致激光通过等离子体后能量衰减，小孔底部将无法再加热以形成新的金属蒸汽(3)离焦量F焦距F表示聚焦激光的焦点与工件将要加热的表面之间的距离。焦点位于正在加热的表面正上方时的焦距f=0；当焦点位于要加热的表面下方时，焦距F0被称为负焦点。如图29所示，当焦点位于要加热的表面上时，焦距F0被称为正焦距。如图29所示，激光焊接的失焦可以影响

5、小孔内激光入射角，从而影响孔内激光传播过程和金属材料的激光吸收，从而影响激光焊接的穿透深度。如图30所示，负解焦点有助于增加焊接穿透。(4)保护气体保护气体的作用是在焊接过程中保护熔体免受氧化，抑制等离子体的形成，减少等离子体对激光传播的干扰，使焊接过程顺利进行。保护气体的种类包括Ar、He和混合气体。气体保护包括三种方法：l同轴顶吹l部分轴侧吹l空气室保护(牵引罩)(5)激光焊接工艺的主要问题和注意事项l流程参数方面激光功率和离焦量是影响小孔形成临界功率密度的关键过程参数，通过控制激光功率和离焦量，可以控制孔的形成和形状。激光功率和焊接速度是形成最小熔接线能量的工艺参数，是形成良好连接接头的

6、关键。l预焊接准备侧激光束的加热区域较小，因此焊接前必须加工接头的对接端面，以确保加工精度焊接前需要接合脱脂、除锈、去除氧化物、干燥(钛合金)处理焊接前的裂缝间距、边错误、对必须满足要求。l等离子体抑制和熔池保护为了防止熔胶在熔接过程中受到污染，需要同轴或侧氩或氦来保护熔接钛合金的情况下，必须用砂纸和气室保护熔池(6)激光焊接工艺特点l聚焦后的激光具有高功率密度(105 107 w/cm2)。l激光加热范围小，1mm，功率相等，厚度相等条件下焊接速度快；l残余应力和小变形；l可焊高熔点金属、非金属材料(陶瓷、有机玻璃等)；l可以焊接远距离或难以接近的部分。l机器多用途(焊接、切割、表面处理等)

7、。2.5激光焊接接头特性l激光焊接的焊缝窄，热影响区域小，变形小。l激光焊接的焊接硬度有所增加l激光焊接的主要焊接缺陷包括未熔合、成本接触通过、错误的边、错误的焊接中间。l激光焊接接头的气孔是常见的冶金缺陷，气孔原因如下：-冷却速度快，气体没有时间从熔池中逸出。-焊板厚度，气体逸出熔池路径长，逸出太迟；-熔化的金属排气不足。2.6激光焊接安全防护激光焊接对工人的危险包括：对眼睛的伤害对皮肤的损伤激光复合焊接的基本原理3.1激光复合焊接的定义和分类激光复合焊接是指激光和电弧两种热源共同作用下焊接材料的工艺方法。在激光复合焊接中，通常使用激光热源，熔化主要由激光决定。激光复合焊接方法包括激光和电弧

8、、激光和等离子弧、激光和刘涛热源复合焊接、双激光复合焊接等工艺方法。3.2激光-TIG复合焊接方法激光-TIG复合焊接方法包括防轴激光和TIG复合、双光束激光和TIG同轴复合、多电极TIG和激光同轴复合等多种形式。3.3激光-MIG复合焊接方法激光MIG复合焊接方法如图36所示。这种复合焊接方法可以使用MIG焊接。填充提高了保险丝，提高了焊接成型和接头性能。激光-MIG复合焊接方法对焊接铝合金、镁合金、铜合金等材料的厚板的间距、错边、适应性好。3.4激光-等离子弧复合焊接方法激光-等离子弧复合焊接方法可以采用环形电极同轴复合和空心电极同轴复合形式，如图37所示。采用激光等离子弧复合焊接方法，加

9、热面积更小，对外界的灵敏度更低，电弧的点蚀性更好。焊缝的功率密度更高，等离子弧的弧长可能更长。适用于薄板对接、高速焊接、镀锌钢板、铝合金等焊接。激光-双弧复合焊接方法具有以下特性：l能量输入比普通激光- MIG复合材料减少，渗透深度增加。l焊接速度，焊接工艺更加稳定。l激光器和弧之间的位置非常重要。l特别适用于焊接厚板。3.6激光电弧复合焊接的优点减少电子云的影响，提高工件的激光吸收率。弧焊母料界面预热，提高激光能量利用率；激光束聚焦电弧，引导，提高电弧的稳定性和效率。尤其是对于激光反射率高、热导率高的材料。电弧的热作用范围、热影响面积更大，可以缓解界面精度要求，减少电位和焊接不连续性；温度梯

10、度小，冷却、凝固过程慢，有利于气体去除，降低内部应力，减少或消除气孔和裂纹。弧焊很容易填充焊接导线，因此可以填补间隙，使用激光弧复合焊接方法可以减少或消除焊接的凹痕。4.典型材料的激光焊接4.1钛合金激光焊接钛合金具有以下特征：l钛合金是活性金属，可以在室温下与氧气一起产生稳定致密的氧化膜，在250 时开始吸收氢，在400 时开始吸收氧，在600 时开始吸收氮；l激光吸收率高(波长为1.06um激光吸收率为42%，波长为10.6um激光吸收率为8%)；l导热性比钢铁材料差，HAZ更容易变大。l液体表面张力系数较大。钛合金激光焊接容易出现以下质量问题。l接头氧化问题钛合金激光焊接中，接头容易发生

11、氧化，通常通过金属发出的光决定熔池的氧化。其中白色是最亮的，黄色是最低的，蓝色又是最低的。钛合金激光焊接过程需要严格的惰性气体来保护。l气孔问题钛合金激光焊接工艺是焊接缺陷，容易产生气孔。气功分为冶金气功和工艺气功两类。其中冶金气功是现有的氢洞，应通过严格的脱脂、氧化膜去除及干燥措施避免气孔的生成。解决工艺气孔问题主要通过选择适当的工艺参数避免气孔生成。l曲面成型问题钛合金在液体状态下由于表面张力过大，焊接中心产生了高堆，容易产生咬痕缺陷。可以选择合适的焊接工艺，也可以添加活化剂，防止咬痕缺陷的发生。钛合金激光焊接工艺如下：l焊接前清洁准备冲裁焊接端面加工(铣削或规划)脱脂洗涤酸洗氧化膜清洗干

12、燥保存等工序。其中脱油和酸洗工序如下：除油过程是使用碱液，如NaOH溶液丙酮或5%10%的酒精酸洗工艺是10%HF 30%HNO3 H2O溶液。l焊接期间使用严格的惰性气体保护，尤其是在温度超过400 的地区。在l焊接期间，选取相应的工艺参数。4.2铝合金激光焊接铝合金的激光焊接存在以下困难：l铝对激光的反射率高，热导率好，形成小孔需要很高的功率密度。l铝合金材料中的低沸点合金元素(Mg，Zn)在焊接过程中熔池温度过高，容易发生蒸发燃烧，因此焊接中缺少合金元素。l焊接过程中容易出现气孔、热裂纹、焊接下倒塌等问题。铝合金激光焊接的工艺要点如下：l焊接前准备使用化学清洗和机器清洁去除铝合金表面的污

13、物和厚厚的氧化膜。l激光倾斜使激光入射方向与工件法线成一定角度，防止高反射损伤，同时提高工件的激光吸收率。l填充金属使用填充金属，可以调整焊接零部件，减少气孔和热裂纹，消除咬痕和过热，提高焊接性能。充填金属还可以提高接合间隙公差的要求。l控制焊接变形在焊接过程中，可以使用焊接工艺参数、正确的焊接顺序和适当的夹具来减少和控制焊接变形。4.3不锈钢激光焊接奥氏体不锈钢的特点如下：l导热系数低，只有低碳钢的三分之一；l线膨胀系数很大，是低碳钢的150%l合金元素含量高。不锈钢激光焊接工艺如下：l与碳钢相比，激光吸收率高，焊接性好。l条件相同，熔体宽度大于低碳钢；l严格的惰性气体保护确保焊缝颜色不变，

14、使用惰性气体同时进行焊缝正面和背面的双面保护。激光焊接应用实例5.1造船业激光-电弧复合焊接应用于造船业的第一条生产线于2002年在德国“mier-warfort”造船厂完成，该生产线主要使用CO2激光MIG复合热源，用于船体板和加强材料焊接其他激光加工方法6.1激光切割激光切割具有以下特征：切割质量好，切口窄，粗糙度低；加工灵活性强，切割效率高；可以剪切多种材质。主要用于中等和小厚度(30mm)的板材切割。激光切割可以使用与徐璐其他切割原理相对应的多种方法，包括以下四种：激光气化切割用聚焦激光束加热金属，局部金属瞬间汽化，气化中的金属断开连接，金属分离，气化切割。激光熔切用聚焦激光束加热金属

15、，使局部金属熔化成液体，熔化的金属通过惰性气体，使液体金属飞起来，这种局部金属就会断开连接，使金属分离。激光氧气切割用聚焦激光束加热金属，局盐中温度升高，加热的金属通过高纯氧，金属在高纯氧中燃烧得很厉害，将金属氧化物吹走，该局盐中的连接中断，金属分离。平面和控制裁剪主要切割陶瓷等脆性材料。聚焦激光束加热材料，形成局部熔化或气化，去除局部材料，制造切割线，然后破坏材料的外力。激光切割的工艺参数如下：l激光功率和切割速度l气体压力(或流量)l光束质量、镜头焦距和散焦量l喷嘴类型试比较激光切割和激光焊接的异同。6.2激光表面处理技术激光表面处理技术包括激光熔覆技术、激光合金化、激光非晶化和激光相变硬

16、化(淬火热处理)。激光熔覆技术是指利用集中激光束加热熔化的金属粉末，使其在基体金属材料表面展开，形成冶金结合，使基体金属材料表面具有一定的特殊使用特性，如耐磨性、耐蚀性等。激光熔覆技术由于徐璐其他金属的结合，必须重点考虑金属的界面结合问题。激光合金化技术是指利用集中的激光束加热基体金属表面，同时以气体、粉末、电线等形式引入合金元素，使合金元素渗透基体金属表面，在基体金属表面形成新的合金层，从而赋予基体金属材料表面一定的特殊使用特性。激光非晶化技术意味着聚焦激光束加热，冲击基体金属的表面，使基体金属的表面形成非晶，结果基体金属材料的表面具有一定的使用特性。激光相变硬化(淬火热处理)技术是指利用激光束加热基体金属表面