激光焊接工藝知識(shí)收集分享一

1、激光焊接工藝知識(shí)收集分享一 一、激光焊接的工藝參數(shù)： 1、功率密度 功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。 采用較高的功率密度， 在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高 功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功 率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá) 到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率 密度在范圍在 104106W/cm2。 2、激光脈沖波形 激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題， 尤其對(duì)于薄片焊接 更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有 6098% 的激光能量反射而損失掉， 且反射率隨表

2、面溫度變化。 在一個(gè)激光脈 沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。 3、激光脈沖寬度 脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一， 它既是區(qū)別于材料去除和 材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。 4、離焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響 激光焊接通常需要一定的離焦， 因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率 密度過(guò)高，容易蒸發(fā)成孔。 離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布 相對(duì)均勻。 離焦方式有兩種： 正離焦與負(fù)離焦。 焦平面位于工件上方為正離 焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離做文章一相等時(shí)，所 對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同， 但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。 負(fù) 離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過(guò)

3、程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明， 激光加熱 50200us 材料開(kāi)始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問(wèn)分汽化， 形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)， 高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣， 在熔池中心形成凹陷。 當(dāng)負(fù) 離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化， 使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)， 采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。 二、激光焊接工藝方法： 1、片與片間的焊接 包括對(duì)焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等 4 種工藝 方法。 2、絲與絲的焊接 包括絲與絲對(duì)焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。 3、金屬絲與塊狀元件的焊接

4、 采用激光焊接可以成功的實(shí)現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接， 塊狀元 件的尺寸可以任意。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。 4、不同金屬的焊接 焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍。 不同材料之 間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。 激光釬焊 有些元 件的連接不宜采用激光熔焊， 但可利用激光作為熱源， 施行軟釬焊與 硬釬焊，同樣具有激光熔焊的優(yōu)點(diǎn)。采用釬焊的方式有多種，其中， 激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接， 尤其實(shí)用于片狀元件組裝技 術(shù)。 三、采用激光軟釬焊與其它方式相比： 1、由于是局部加熱，元件不易產(chǎn)生熱損傷，熱影響區(qū)小，因此可在 熱敏元件附近施行軟釬焊。 2、用非接觸加熱，

5、熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷 電路板上雙面元件裝備后加工。 3、重復(fù)操作穩(wěn)定性好。焊劑對(duì)焊接工具污染小，且激光照射時(shí)間和 輸出功率易于控制，激光釬焊成品率高。 4、激光束易于實(shí)現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光 學(xué)元件進(jìn)行時(shí)間與空間分割，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)同時(shí)對(duì)稱焊。 5、 激光釬焊多用波長(zhǎng)1.06um的激光作為熱源，可用光纖傳輸，因此 可在常規(guī)方式不易焊接的部位進(jìn)行加工，靈活性好。 6、聚焦性好，易于實(shí)現(xiàn)多工位裝置的自動(dòng)化。 四、激光深熔焊： 1 、冶金過(guò)程及工藝?yán)碚?激光深熔焊冶金物理過(guò)程與電子束焊極為相似， 即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制 是通過(guò)“小孔”結(jié)構(gòu)來(lái)完成的。在足夠高的功率密度光

6、束照射下，材 料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。 這個(gè)充滿蒸汽的小孔猶如一個(gè)黑體， 幾乎全部 吸收入射光線的能量， 孔腔內(nèi)平衡溫度達(dá) 25000 度左右。熱量從這個(gè) 高溫孔腔外壁傳遞出來(lái)， 使包圍著這個(gè)孔腔的金屬熔化。 小孔內(nèi)充滿 在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽， 小孔四壁包圍著熔 融金屬，液態(tài)金屬四周即圍著固體材料。 孔壁外液體流動(dòng)和壁層表面 張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動(dòng)態(tài)平衡。 光束不斷 進(jìn)入小孔，小孔外材料在連續(xù)流動(dòng)，隨著光束移動(dòng)，小孔始終處于流 動(dòng)的穩(wěn)定態(tài)。 就是說(shuō)，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進(jìn) 速度向前移動(dòng)，熔融金屬填充著小孔移開(kāi)后留下的空隙并隨之冷凝， 焊

7、縫于是形成。 2、影響因素 對(duì)激光深熔焊產(chǎn)生影響的因素包括：激光功率，激光束直徑，材 料吸收率，焊接速度，保護(hù)氣體，透鏡焦長(zhǎng)，焦點(diǎn)位置，激光束位置， 焊接起始和終止點(diǎn)的激光功率漸升、漸降控制。 3、激光深熔焊的特征： （1）高的深寬比 因?yàn)槿廴诮饘賴鴪A柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工件， 焊縫 就變得深而窄。 （2）最小熱輸入 因?yàn)樵辞粶囟群芨?，熔化過(guò)程發(fā)生得極快，輸入工件熱量極低， 熱變形和熱影響區(qū)很小。 （3）高致密性 因?yàn)槌錆M高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池?cái)嚢韬蜌怏w逸出， 導(dǎo)致 生成無(wú)氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化。 （4）強(qiáng)固焊縫。 （5）精確控制。 （6）非接觸，大

8、氣焊接過(guò)程 4、激光深熔焊的優(yōu)點(diǎn)： （1）由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度，導(dǎo)致焊接 速度快，熱影響區(qū)和變形都較小，還可以焊接鈦、石英等難焊材料。 （2）因?yàn)楣馐菀讉鬏敽涂刂?，又不需要?jīng)常更換焊炬、噴嘴，顯 著減少停機(jī)輔助時(shí)間，所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。 （3）由于純化作用和高的冷卻速度，焊縫強(qiáng)，綜合性能高。 （4）由于平衡熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費(fèi)用。另外， 激光焊接的動(dòng)轉(zhuǎn)費(fèi)用也比較低，可以降低生產(chǎn)成本。 （5）容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，對(duì)光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效的控制。 5、激光深熔焊設(shè)備： 激光深熔焊通常選用連續(xù)波 CO2 激光器，這類激光器能維持足 夠高的輸出功率，

9、產(chǎn)生“小孔”效應(yīng)，熔透整個(gè)工件截面，形成強(qiáng)韌 的焊接接頭。 就激光器本身而言，它只是一個(gè)能產(chǎn)生可作為熱源、 方向性好的平行光束的裝置。如果把它導(dǎo)向和有效處理后射向工件， 其輸入功率就具有強(qiáng)的相容性，使之能更好的適應(yīng)自動(dòng)化過(guò)程。 為 了有效實(shí)施焊接， 激光器和其他一些必要的光學(xué)、 機(jī)械以及控制部件 一起共同組成一個(gè)大的焊接系統(tǒng)。 這個(gè)系統(tǒng)包括激光器、 光束傳輸組 件、工件的裝卸和移動(dòng)裝置，還有控制裝置。這個(gè)系統(tǒng)可以是僅由操 作者簡(jiǎn)單地手工搬運(yùn)和固定工件， 也可以是包括工件能自動(dòng)的裝、 卸、 固定、焊接、檢驗(yàn)。這個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施的總要求是可獲得滿意的 焊接質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。 五、鋼鐵材料的激光

10、焊接： 1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接 總的說(shuō)，碳鋼激光焊接效果良好，其焊接質(zhì)量取決于雜質(zhì)含量。 就象其它焊接工藝一樣，硫和磷是產(chǎn)生焊接裂紋的敏感因素。 為了獲得滿意的焊接質(zhì)量，碳含量超過(guò) 0.25%時(shí)需要預(yù)熱。當(dāng)不 同含碳量的鋼相互焊接時(shí)， 焊炬可稍偏向低碳材料一邊， 以確保接頭 質(zhì)量。 低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高，并不適合激光焊接。低碳鎮(zhèn)靜 鋼由于低的雜質(zhì)含量，焊接效果就很好。 中、高碳鋼和普通合金鋼 都可以進(jìn)行良好的激光焊接，但需要預(yù)熱和焊后處理，以消除應(yīng)力， 避免裂紋形成。 2、不銹鋼的激光焊接 一般的情況下，不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于獲得優(yōu)質(zhì)接 頭。由于高的焊接速度熱影響區(qū)很小，敏化不成為重要問(wèn)題。與碳鋼 相比，不銹鋼低的熱導(dǎo)系數(shù)更易于