激光加工技术-激光焊接

激光加工技术-激光焊接
焊接技术发明至今已有百余年历史，现在全世界所有大工业的产业，像航天航空、造船、通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武器装备及核能工业中产品的生产制造都离不开焊接技术，焊接是其最主要的工艺。
焊接热源：已非常丰富，如火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离子、电子束、激光束、微波等等
焊接的基本原理：就是采用施加外部能量的办法，促使分离材料的原子接近，形成原子键的结合。在这个同时，又能去除掉一切阻碍原子键结合的一切表面膜和吸附层，以形成一个优质的焊接接头。

 

 

发达国家，它每年钢产量的50％到60％需要进行焊接加工。
激光焊是最近这些年发展起来的一种高能量的焊接方法，它是用激光来加热，所以它可以穿透透明介质，能够焊到透明介质容器的里边去，这是其他焊接方法难以做到的，这种方法也被利用到医学里边，比方视网膜脱落，视网膜是在眼球的后面，视网膜脱落以后眼睛就会失明， 现在就用激光的办法，透过眼球焊到眼球后面，把这个视网膜和眼球焊起来，这个已经是很成功的手术了。第二个它的优点是不需要真空保护，因此，现在得到了非常广泛的应用。

 

 

激光焊接是以高功率聚焦激光束为热源，熔化材料形成焊接接头的高精度高效率焊接方法。 激光焊接的应用始于1964年，但早期仅限于用小功率脉冲固体激光器进行薄小零件的焊接。70年代以来，随着千瓦级大功率CO2激光器的出现，激光深熔焊得到了迅速的发展。激光焊接的厚度已从零点几毫米提高到50mm，已应用于汽车、钢铁、航空、原子能、电气电子等重要工l部门。 目前在世界各国激光加工的应用领域中，激光焊接的应用仅次于激光切割，约占20.9％。
1.激光焊接基本模式：热导焊和深熔焊。 热导焊：激光功率密度较低（105～106W／cm2），依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。
深熔焊：激光功率密度高（106～107W／cm2），工件迅速熔化乃至气化形成小孔。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深熔焊。
2.激光焊接与常规焊接方法相比具有如下特点： ①激光功率密度高，可以对高熔点、难熔金屑或两种不同金屑材料进行焊接(对钨丝进行有效焊接)。
②聚焦光斑小，加热速度快，作用时间短，热影响区小，热变形可忽略。
③脉冲激光焊接属于非接触焊接，无机械应力和机械形变。
④激光焊接装置容易与计算机联机，能精确定位，实现自动焊接，而且激光可通过玻璃在真空中焊接
⑤激光焊接可在大气中进行，无环境污染。
3.脉冲激光焊接（热传导焊接）
常用脉冲激光器：Nd：YAG激光器
调Q YAG激光器
脉冲CO2激光器
焊接接头形式：对接焊、搭接焊、交叉焊和平行焊
影响焊接质量的工艺参数：功率密度、脉冲宽度、脉冲波型和离焦量
激光功率密度是激光焊接的一个关键参数，激光功率密度不同时材料达到熔点和沸点的时间不同。
临界激光功率密度：当材料表面出现强烈气化时，材料加热过程中将出现两种波向材料内部传播，即热波和气化波。当激光功率密度较低时，热波的速度高于气化速度，当达到某—临界功率密度时，这两种波的速度相等 ，可得气化时的临界激光功率密度：
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60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。
问题解析：激光脉冲开始作用时反射率高；当材料表面温度升至熔点时，反射率迅速下降；表面处于熔化状态时，反射率稳定于某一值；当表面温度继续上升到沸点时，反射率又一次下降。
解决方法：利用带有前置尖峰的激光波形，在开始出现的尖峰，迅速改变金属表面状况，使其温度上升至熔点，从而在脉冲时刻到来时，表面反射率较低，使光脉冲的能量利用率大大提高。
离焦量对焊接质量的影响：
激光焊接通常需要一定的离焦量，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，当正负离焦量相等时，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50~200us材料开始op熔化，形成液相金属并出现汽化，形成蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度气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。