激光焊接工艺技术特点

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1、激光焊接工艺技术特点及应用激光焊接工艺特点及其影响因素1、激光的投入能量密度。调整激光照射能量密度的方法主要有：A、调整激光输出能量（调整激发电压）B、调整光斑大小（调节出射焦距）C、改变光斑中的能量分布（改变光纤类型：峰形输出一GI型光纤、梯形输出型SI型光纤）D、改变出射脉冲的宽度和波形2、材料反射率大多数金属在激光开始照射时，会将大部分激光能量反射掉，所以， 焊接过程开始的瞬间，要相应提高光束的功率。采用脉冲激光缝焊工 艺时，可以通过接入引弧板来保证整个焊接段的品质一致性。当金属 表面开始熔化或汽化后，其反射率迅速降低。影响材料对激光束吸收的主要因素1、温度室温时金属材料两激光的吸收率一

2、般在20C以下；当金属温度达到烙点产生熔融和气化后吸收率上升到 4050%；当接近沸点时吸收率 可高达 90%。材料的直流电阻率 材料对激光的吸收率与材料的直流电阻率的平方根成正比、与激光波 长的平方根成反比关系。2、激光束的入射角入射角越大，吸收率越小。当激光垂直于金属表面照射时，金属对激 光的吸收率最大。但通常为了保护激光出射镜头，需要维持一定的入 射角。材料的表面状态 为了低反射率，可在金属表面涂上薄薄一层金属粉，但两者必须是能 够形成合金的。如铜、金、银可覆盖薄锐层，此时在同样熔深的情况 下，焊接所需的能量大约为原来铜、金、银所需的四分一。3、聚焦性和离焦量品质优良的YAG激光焊接装置

3、，其聚焦性（光斑大小）是通过装置本身的光路同轴精度、输出光纤和出射头的成像比等来保证。以激光 出射焦点正好落在工作上面时的位置为零。离焦量是指焦点离开这个 零点的距离量。焦点位置超过零点位置时叫负离焦（焦点深入到工件 内部），其距离值为负离焦量。反之，焦点不到零点的距离数值为正 离焦量。要获得较大的熔深，可将焦点位置选择在工件内部某一位置 上，即采用负离焦量进行焊接。4、焊接的穿入深度 脉冲激光焊接时，主要是以传热熔化方式进行的。激光束本身对金属 的直接穿入深度是有限的，其主要取决于材料的导温系数（导温系数 大的则穿入深度大），而不是激光器的功率大小激光焊接工艺发布日期：2010-8-30 |

4、阅读次数：271一、激光焊接的工艺参数。1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高 的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽 化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。 对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化 前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊 接中，功率密度在范围在104106W/cm2。2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤 其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面 将会有6098%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

5、冲作用期间内，金属反射率的变化很大。3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区 别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积 的关键参数。4、离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离做文章一， 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。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，当正负离做文章一相等时，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50200u

6、s材料开始 熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，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。二、激光焊接工艺方法：1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔 熔化焊等4种工艺方法。2、丝与丝的焊接。包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊 等4种工艺方法。3、金属丝与块状元件的焊接。采用激光焊接可以成功的实现金属丝 与块状元件的连接，块

7、状元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状 元件的几何尺寸。4、不同金属的焊接。焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数 范围。不同材料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。 激光钎焊有些元件的连接不宜采用激光熔焊，但可利用激光作为热 源，施行软钎焊与硬钎焊，同样具有激光熔焊的优点。采用钎焊的方 式有多种，其中，激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接，尤其实用 于片状元件组装技术。三、采用激光软钎焊与其它方式相比有以下优点:1、由于是局部加热，元件不易产生热损伤，热影响区小，因此可在 热敏元件附近施行软钎焊。2、用非接触加热，熔化带宽，不需要任何辅助工具，可在双面印刷 电路板上双面元件装备后

8、加工。3、重复操作稳定性好。焊剂对焊接工具污染小，且激光照射时间和 输出功率易于控制，激光钎焊成品率高。4、激光束易于实现分光，可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光 学元件进行时间与空间分割，能实现多点同时对称焊。5、激光钎焊多用波长1.06um的激光作为热源，可用光纤传输，因 此可在常规方式不易焊接的部位进行加工，灵活性好。6、聚焦性好，易于实现多工位装置的自动化。四、激光深熔焊：1、冶金过程及工艺理论。激光深熔焊冶金物理过程与电子束焊极为 相似，即能量转换机制是通过“小孔”结构来完成的。在足够高的功率 密度光束照射下，材料产生蒸发形成小孔。这个充满蒸汽的小孔犹如 一个黑体，几乎全部吸收入射

9、光线的能量，孔腔内平衡温度达25000 度左右。热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔的金 属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸 汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周即围着固体材料。孔壁 外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保 持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外材料在连续流动，随着光 束移动，小孔始终处于流动的稳定态。就是说，小孔和围着孔壁的熔 融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属填充着小孔移开后 留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。2、影响因素。对激光深熔焊产生影响的因素包括：激光功率，激光 束直径，材料吸收率，焊接速度，保

10、护气体，透镜焦长，焦点位置， 激光束位置，焊接起始和终止点的激光功率渐升、渐降控制。3、激光深熔焊的特征：特征:（1）高的深宽比。因为熔融金属围着圆柱形高温蒸汽腔体形 成并延伸向工件，焊缝就变得深而窄。（2）最小热输入。因为源腔 温度很高，熔化过程发生得极快，输入工件热量极低，热变形和热影 响区很小。（3 ）高致密性。因为充满高温蒸汽的小孔有利于熔接熔 池搅拌和气体逸出，导致生成无气孔熔透焊接。焊后高的冷却速度又 易使焊缝组织微细化。（4）强固焊缝。（5）精确控制。（6）非接 触，大气焊接过程。4、激光深熔焊的优点：（1）由于聚焦激光束比常规方法具有高得多 的功率密度，导致焊接速度快，热影响区

11、和变形都较小，还可以焊接 钛、石英等难焊材料。（2）因为光束容易传输和控制，又不需要经 常更换焊炬、喷嘴，显著减少停机辅助时间，所以有荷系数和生产效 率都高。（3）由于纯化作用和高的冷却速度，焊缝强，综合性能高。（4）由于平衡热输入低，加工精度高，可减少再加工费用。另外，激光焊接的动转费用也比较低，可以降低生产成本。（5 ）容易实现自动化，对光束强度与精细定位能进行有效的控制。5、激光深熔焊设备：激光深熔焊通常选用连续波CO2激光器，这类 激光器能维持足够高的输出功率，产生“小孔”效应，熔透整个工件截 面，形成强韧的焊接接头。就激光器本身而言，它只是一个能产生 可作为热源、方向性好的平行光束的

12、装置。如果把它导向和有效处理 后射向工件，其输入功率就具有强的相容性，使之能更好的适应自动 化过程。为了有效实施焊接，激光器和其他一些必要的光学、机械 以及控制部件一起共同组成一个大的焊接系统。这个系统包括激光器、光束传输组件、工件的装卸和移动装置，还有控制装置。这个系统可以是仅由操作者简单地手工搬运和固定工件，也可以是包括工件能自动的装、卸、固定、焊接、检验。这个系统的设计和实施的总要 求是可获得满意的焊接质量和高的生产效率。五、钢铁材料的激光焊接：1、碳钢及普通合金钢的激光焊接。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

13、。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、不锈钢的激光焊接。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。由于高的焊接速度热影响区很小，敏化不成为 重要问题。与碳钢相比，不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。3、不同金属之间的激光焊接。激光焊接极高的冷却速度和很小的热 影响区，为许多不同金属焊接

14、融化后有不同结构的材料相容创造了有 利条件。现已证明以下金属可以顺利进行激光深熔焊接：不锈钢低 碳钢，416不锈钢310不锈钢，347不锈钢HASTALLY镍合金， 镍电极冷锻钢，不同镍含量的双金属带。激光焊接的工艺技术和性能特点激光焊接工艺和参数选择作者： 浏览次数：1000次发表时间：2009-7-13 8:53:02用脉冲固体激光器发出的激光进行焊接属于熔化焊。影响焊接的因素 有很多，如金属的光学性质（对激光的反射喝吸收），热学性质（溶点、沸点、热 扩散率、热传导率、熔化潜热等）表面状况等。一般根据金属的性质、需要的熔深 喝焊接方式，决定激光的功率密度、脉宽喝波形。下面以薄片与薄片之间的

15、焊接为 例，讨论激光焊接的工艺喝参数选择问题。1、最佳参数与片厚的关系片与片之间的焊接，在保证强度要求的情况下，使其形成牢固焊接的参数范围还是 比较大的。倘若选取其中能量小、脉宽短的参数作为最佳参数，则可提高焊接效率、 降低设备费用。此类焊接的最佳参数是光斑直径为上片材料厚度的2倍所需要的脉 宽都与片厚（或是所需的熔深）的平方成正比；功率密度与片厚成反比；总能量与 片厚的立方成正比。这说明片厚是决定激光参数的重要因素。2、焊接方式焊接方式一般随焊接件的结构而定。但在很多情况下，可以根据焊接的要求，选择合理的焊接方式。薄片与薄片间的焊接方式有以下几种：（1）对焊 两片金属齐缝放置，激光直接同时照

16、射两片金属。两片金属同时熔化， 且熔化液流入缝内凝固。（2）端焊 两片金属重叠放置，激光同时直接照射在上片端部和下片，使两片金 属同时熔化，上片的金属熔液稍往下流动。（3）中心穿透熔化焊 两片金属重叠放置，激光直接照射上片，光被上片金属吸 收转变成热能，往下片传递，使上片金属的下表面和下片金属的上表面同时熔化。（4）中心插式熔化焊 两片金属重叠放置，激光直接照射上片，激光初始峰值很 高，使光斑中心处前期蒸发成一小孔，在激光作用下达到熔化的效果。激光焊接主要工艺参数（一） 激光深熔焊接的主要工艺参数1）激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此 值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工