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1、主要内容,激光加工概述,激光焊接技术,激光焊设备及工艺,激光焊接的应用,一.激光加工概述,激光及其产生 激光是二十世纪最重要大的科学发现之一，它与原子能、半导体和计算机并称为二十世纪的四大发明,1960，RUBY激光出光（休斯实验室，梅曼Maiman）,一.激光加工概述,1、激光的物理特性 激光的特点：激光作为相干光，具有多种特性 （1）单色性好 （2）亮度高 （3) 方向性强 （4）相干性好 （5）能量高度集中 激光产生的基本原理：,一.激光加工概述,三要素：激励源，介质，谐振腔。介质受到激发至高能量状态，由于受激吸收跃迁光在两端镜间来回反射，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。 因
2、而高度集中的激光可以提供焊接、切割及热处理等功能,一.激光加工概述,2、激光加工的原理与特点 激光加工的工作原理： 激光加工是以聚焦的激光束作为热源轰击工件，对金属或非金属工件进行熔化形成小孔、切口、连接、熔覆等的加工方法。 激光加工的主要特点： 光点小，能量集中，热影响区小； 不接触加工工件，对工件无污染； 加工范围广泛； 安全可靠；,一.激光加工概述,适合大件产品的加工； 成本低廉，节省材料。,激光加工工艺：激光加工工艺包括切割、焊接、表面处理、熔覆、打孔、划线等。不同的材料加工方式对激光制造系统的激光功率和光束质量的要求不同。,二.激光焊接技术,1、各种焊接技术及其优缺点 焊接技术简介
3、目前常用的焊接工艺有： 电弧焊（氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、气体保护焊） 电阻焊 高能束焊（电子束焊、激光焊） 钎焊 以电阻热为能源：电渣焊、高频焊 ； 以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊； 以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊,二.激光焊接技术,各种焊接特性对比,二.激光焊接技术,2、激光焊接技术 简介 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定
4、的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。,二.激光焊接技术,激光焊接的原理 激光焊是利用激光能（可见光或紫外线）作为热源熔化并连接工件的焊接方法。,激光焊接原理,二.激光焊接技术,激光焊接示意图,二.激光焊接技术,激光焊接分类,二.激光焊接技术,二.激光焊接技术,激光热导焊 激光热导焊是在较低的激光功率密度和较长的激光照射时间下，材料从表层开始逐渐熔化，随输入能量和热传导作用，液
5、-固界面向材料内部迁移，最终实现焊接的过程。,激光深熔焊（小孔焊） 与电子束焊接相似，高功率密度的激光束引起材料局部熔化并形成“小孔”，激光束通过“小孔”深入到熔池内部，随着激光束的运动形成连续焊缝。,二.激光焊接技术,二.激光焊接技术,3、激光焊接的特点,激光焊接的主要优点,（1）可实现深熔焊和高速焊，由于加热范围小，在同等功率和焊件厚度条件下，焊接热影响区小、焊接应力和变形小。（2）特别适合于聚焦在很小区域的微型零件、难以接近的部位或远距离的焊接。 （3）属于非接触式焊接，不需要电极，没有电极污染或耗损的顾虑，可以一机多用。 （4）可以穿透玻璃等透明物，适合于在玻璃制的密封容器里焊接铍合金
6、等剧毒材料；不受电磁场影响，能精确对准焊件；不需要X射线防护，也不需要真空保护。 （5）可以焊接常规焊接方法难以焊接的材料，对热输入敏感的材料也可以进行焊接，焊后无需热处理；也可焊接异质材料。,二.激光焊接技术,（1）目前工业用激光器最大功率为25kW，可焊接的工件最大厚度约为20mm，比电子束焊小得多 （2）对焊件加工、组装、定位要求较高 （3）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。 （4）能量转换效率太低，仅为10%-20%，难以焊接反射率高的金属。 （5）设备昂贵。,影响激光焊接的主要障碍,三.激光焊设备及工艺,1、激光焊接工艺及参数 脉冲激光焊主要用于微型件、
7、精密元件和微电子元件的焊接，连续激光焊主要用于厚板深熔焊。 脉冲激光焊工艺及参数 脉冲激光焊类似于点焊，其加热斑点很小，约为微米级，每个激光脉冲在金属上形成一个焊点。主要用于微型、精密元件和微电子元件的焊接，它是以点焊或由点焊点搭接成的缝焊方式进行的。,工艺参数：脉冲能量、脉冲宽度、功率密度和离焦量,三.激光焊设备及工艺,脉冲能量和脉冲宽度 脉冲激光焊接时，脉冲能量决定加热能量大小，它主要影响金属的熔化量。脉冲宽度决定焊接加热时间，它影响熔深及热影响区的大小。,三.激光焊设备及工艺,三.激光焊设备及工艺,离焦量F 是指焊接时焊件表面离聚焦激光束最小斑点的距离。,三.激光焊设备及工艺,连续激光焊
8、工艺及参数（主要采用CO2激光器） （1）接头形式及装配要求 激光焊较多采用的是对接接头和搭接接头。,三.激光焊设备及工艺,（2）填充金属（激光填丝焊） 激光焊适合于自熔焊，一般不填加焊接材料，但有时为了降低装备精度、改善焊缝成形和提高焊接结构的适应性，也需填充金属 优点：能改变焊缝化学成分，从而达到控制焊缝组织、改善成形和提高接头力学性能的目的。在有些情况下，还能提高焊缝抗结晶裂纹的敏感性。,三.激光焊设备及工艺,激光填丝焊的两种方式,三.激光焊设备及工艺,（3)工艺参数,连续激光焊的工艺参数包括：激光功率、焊接速度、光斑直径、焦点距离和保护气体的种类及流量。 激光功率P 是指激光器的输出功
9、率，没有考虑导光和聚焦系统所引起的损失。,三.激光焊设备及工艺,焊接速度v 焊接速度的快慢会影响单位时间内的热输入量，焊接速度过慢，则热输入量过大，导致工件烧穿；焊接速度过快，则热输入量过小，造成工件焊不透。,三.激光焊设备及工艺,光斑直径d0 根据光的衍射理论，聚焦后激光有最小光斑直径。提高功率密度的方式有两个：一是提高激光功率P，它和功率密度成正比；二是减小光斑直径，功率密度与直径的平方成反比。因此，通过减小光斑直径比增加功率的效果更明显。,离焦量F 离焦量不仅影响焊件表面激光光斑大小，而且影响光束的入射方向，因而对焊接熔深、焊缝宽度和焊缝横截面形状有较大影响。,三.激光焊设备及工艺,保护
10、气体 保护气体作用：一是保护焊缝金属不受有害气体的侵袭，防止氧化污染，提高接头的性能；二是影响焊接过程中的等离子体，抑制等离子云的形成。,三.激光焊设备及工艺,2、激光焊设备及技术参数,三.激光焊设备及工艺,激光器组成部分：工作物质、泵浦源、光学谐振腔,三.激光焊设备及工艺,焊接领域目前主要采用两种激光器：YAG固体激光器（含Nd3+的Yttrium-Aluminium-Garnet，简称YAG)；CO2气体激光器。,三.激光焊设备及工艺,四.激光焊接的应用,激光焊接应用汽车制造,四.激光焊接的应用,用激光可以焊接一些要求强度高、变形小,用传统方法无法焊接的特种材料的汽车零部件,四.激光焊接的应用,四.激光焊接的应用,激光加工应用船舶制造,船板激光复合焊,四.激光焊接的应用,激光加工应用航空航天,火箭燃料箱激光焊接,四.激光焊接的应用,空客380铝合金壳体的激光焊接,Thanks for your attention ！,
