詳解激光焊接技術(shù)

1、詳解激光焊接技術(shù)、激光基本原理1、LASE思什么意思Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（通過誘導(dǎo)放出實現(xiàn)光能增幅）的英語縮寫。2、激光產(chǎn)生的原理激光一一“受激輻射放大”是通過強光照射激光發(fā)生介質(zhì)，使介質(zhì)內(nèi)部原子的電子獲得能量，受激而使電子運動軌道發(fā)生遷移，由低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。處于 激發(fā)態(tài)的原子，受外界輻射感應(yīng)，使處于激發(fā)態(tài)的原子躍遷到低能態(tài)，同時發(fā)出一束光；這束光在頻率、相位、傳播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此時 的光為受激輻射光。為了得到高能量密度、高指向性的激光，必須要有封閉光線 的諧振腔，使觀光束在置于激光

2、發(fā)生介質(zhì)兩側(cè)的反射鏡之間往復(fù)振蕩，進而提高光強，同時提高光的方向。含有鉉（ND的YAG吉晶體發(fā)生的激光是一種人眼看不見的波長為 1.064um 的近紅外光。這種光束在微弱的受激發(fā)情況下，也能實現(xiàn)連續(xù)發(fā)振。 YAG晶體是 寶石鈕鋁石榴石的簡稱，具有優(yōu)異的光學(xué)特性，是最佳的激光發(fā)振用結(jié)晶體。3、滋光的主要特長a、單色性一激光不是已許多不同的光混一合而成的， 它是最純的單色光（彼 長、頻率）b、方向性一橄光傳播時基本不向外擴散。c、相千性-徽光的位相（波峰和波谷）很有規(guī)律，相干性好。d、高輸出功率一用透鏡聚焦激光后，所得到的能量密度是太陽光的幾百倍。二、YAGt光焊接激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性

3、和高功么密度等特點進行工作。通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高 度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。常用的激光焊接方式有兩種：脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。前者主要用于單點 固定連續(xù)和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。1、激光焊接加工方法的特征A、非接觸加工，不需對工件加壓和進行表面處理。B、焊點小、能量密度高、適合于高速加工。C、短時間焊接，既對外界無熱影響，又對材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小， 尤其適合加工高熔點、高硬度、特種材料。D不需要填充金屬、不需要真空環(huán)境（可在空氣中直接進行）、不會像電 子束那樣在空氣中 產(chǎn)生X射

4、線的危險。E、與接觸焊工藝相比.無電極、工具等的磨損消耗。F、無加工噪音，對環(huán)境無污染。G微小工件也可加工。止匕外，還可通過透明材料的壁進行焊接。H、可通過光纖實現(xiàn)遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊 接。I、很容易改變激光輸出焦距及焊點位置。J、很容易搭載到自動機、機器人裝置上。K、對帶絕緣層的導(dǎo)體可直接進行焊接，對性能相差較大的異種金屬也可焊 接。2、脈沖激光焊接的機理脈沖激光焊接可分為傳熱溶化焊接和深穿入熔化焊接傳熱溶化焊接是指當(dāng)激光束照射到材料的表面上時，材料吸收光能而加熱熔 化。材料表面層的熱以傳導(dǎo)方式繼續(xù)向材料深處傳遞，直至將兩個待焊件的接觸 面互溶并焊接在一起。深穿入

5、熔化焊接是指當(dāng)更大功率密度的激光束照射到材料上時，材料被加工熔化以至氣化，產(chǎn)生較大的蒸汽壓，在蒸汽的壓力的作用下，溶化金屬被擠在周 圍使照射處（熔池）呈現(xiàn)出一個凹坑，隨著激光束的繼續(xù)照射，凹坑越來越深， 并穿入到另一個工件中。激光停止照射后，被排擠在凹坑周圍的溶化金屬重新流 回到凹坑里，凝固后將工件焊接在一起。這兩種激光焊接機理，與功率密度、照射時間、材料性質(zhì)、焊接方式等因素 有關(guān)。當(dāng)功率密度較低、照射時間較長而焊件較薄時，通常以傳熱溶化機理為主 進行。反之，則是以深穿入熔化機理為主進行。三、工藝特點及其影響因素1、激光的投入能量密度。調(diào)整激光照射能量密度的方法主要有：A、調(diào)整激光輸出能量（調(diào)

6、整激發(fā)電壓）B、調(diào)整光斑大?。ㄕ{(diào)節(jié)出射焦距）C、改變光斑中的能量分布（改變光纖類型：峰形輸出型一一GI型光纖、梯形輸出型一SI型光纖）D改變出射脈沖的寬度和波形2、材料反射率大多數(shù)金屬在激光開始照射時，會將大部分激光能量反射掉，所以，焊接過 程開始的瞬間，要相應(yīng)提高光束的功率。采用脈沖激光縫悍二藝時，可以通過接 入引弧板來保證整個焊接段的品質(zhì)一致性。 當(dāng)金屬表面開始熔化或汽化后，其反 射率迅速降低。四、影響材料對激光束吸收的主要因素1、溫度室溫時金屬材料兩激光的吸收率一般在 20 C以下；當(dāng)金屬溫度達到烙點產(chǎn) 生熔融和氣化后吸收率上升到 4050%當(dāng)接近沸點時吸收率可高達90%材料的直流電阻率

7、材料對激光的吸收率與材料的直流電阻率的平方根成正比、與激光彼長的平方根成反比關(guān)系。2、激光束的入射角入射角越大，吸收率越小。當(dāng)激光垂直于金屬表面照射時， 金屬對激光的吸 收率最大。但通常為了保護激光出射鏡頭，需要維持一定的入射角。村料的表面狀態(tài)為了低反射率，可在金屬表面涂上薄薄一層全屬粉， 但兩者 必須是能夠形成合金的。如飯、金、銀可覆蓋薄銳層，此時在同樣熔深的情況下， 焊接所需的能量大約為原來銅、金、銀所需的四分一。3、聚焦性和離焦量品質(zhì)優(yōu)良的YAG激光焊接裝置，其聚焦性（光斑大?。┦峭ㄟ^裝置本身的光 路同軸精度、輸出光纖和出射頭的成像比等來保證。以激光出射焦點正好落在工作上面時的位置為零。

8、 離焦量是指焦點離開這個 零點的距離量。焦點位置超過零點位置時叫負(fù)離焦（焦點深入到工件內(nèi)部），其 距離值為負(fù)離焦量。反之，焦點不到零點的距離數(shù)值為正離焦量。要獲得較大的 熔深，可將焦點位置選擇在工件內(nèi)部某一位置上，即采用負(fù)離焦量進行焊接。4、焊接的穿入深度脈沖激光焊接時，主要是以傳熱熔化方式進行的。激光束本身對金屬的直接 穿入深度是有限的，其主要取決于材料的導(dǎo)溫系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)大的則穿入深度 大），而不是激光器的功率大小。五、維護及保養(yǎng)1、消耗品的更換純水、離子交換樹脂、水過濾器、勵起燈、保護鏡片2、點檢A激光發(fā)振調(diào)整B、激光入射調(diào)整C、光纖入射調(diào)整D能量平衡調(diào)整六、焊接品質(zhì)檢查焊接品質(zhì)的檢驗，

9、一般有目視檢驗和破壞性檢驗兩種方法。目視檢驗是對圖1所示的各個項目進行檢驗。若利用顯微（鏡）照片進行金 相檢驗，則需切斷提取出焊接熔核部分并研磨腐蝕（見圖 2所示）。但是，若只 經(jīng)過外觀檢驗就下結(jié)論則還不充分，請務(wù)必進行一下破壞性實驗。破壞性檢驗通常是進行撕開實驗，如圖 3、4所示，撕開焊接母材進行確認(rèn)（一側(cè)出現(xiàn)圓形孔洞，另一側(cè)出現(xiàn)鈕扣狀殘留物）另外，也有利用拉伸儀進行拉伸強度檢驗的方法。七、品質(zhì)保證手段電阻點焊方法雖然是最適合于大量生產(chǎn)的焊接手段，但是若品質(zhì)管理不當(dāng)就 會引起巨大的損失。目前，由于無法實現(xiàn)在線非破壞性焊接品質(zhì)檢驗， 因此有必 要加強對品質(zhì)保證的管理。1、壓力檢測焊接發(fā)熱量受電極與工件間的接觸電阻的影響極大。焊接過程中，壓力必須保持不變，因此有必要經(jīng)常用壓力測試儀對焊接2、電極研磨焊接次數(shù)的增多，會使電極表面磨損加重。電極表面粗糙會引起飛濺和造成 工件表面出現(xiàn)糙痕，影響工件外觀，因此有必要多準(zhǔn)備些研磨好的電極， 根據(jù)焊 接次數(shù)適當(dāng)?shù)馗鼡Q電極。使用新電極之前先用作廢的工件進行調(diào)試為好。3、電極過熱電極過熱不僅會縮短電極的壽命而且會導(dǎo)致工件焊接品質(zhì)不均一。4、工件精度因忽略了工件厚度、鍍層厚度、金屬成分等的變化而導(dǎo)致焊接不良品出現(xiàn)的 現(xiàn)象時有發(fā)生。工件本身的品質(zhì)是否安定也是影響焊接品質(zhì)的重要因素。5、電流監(jiān)測電流監(jiān)測對焊接是必不可少的。