現(xiàn)代焊接的能量來(lái)源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。

今天給大家介紹關(guān)于激光焊接內(nèi)容。

激光焊接技術(shù)原理知識(shí)

激光焊接可以采用脈沖或連續(xù)激光束加以實(shí)現(xiàn)；

激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。

熱導(dǎo)焊：

激光輻射加熱待加工表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復(fù)頻率等激光參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。

其特點(diǎn)：

激光功率為105w/cm2左右，焊縫深度小于2.5mm，焊縫的深寬比最大為3：1。

圖1）熱導(dǎo)焊基本原理

深熔焊：

一般采用連續(xù)激光光束完成材料的連接.

即能量轉(zhuǎn)換機(jī)制是通過(guò)“小孔”（Key-hole）結(jié)構(gòu)來(lái)完成的.

激光照射,材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔,吸收全部的入射光束能量,溫度達(dá)25000C左右,使包圍著這個(gè)孔腔四周的金屬熔化.

其特點(diǎn)：

采用的功率密度在106～107w/cm2 之間，焊縫的深寬比最大可達(dá)12：1 ，目前最大焊接深度可以達(dá)到51mm。

圖2）熔深焊技術(shù)原理

說(shuō)到這里相信大家都有疑問(wèn)，說(shuō)激光是怎么產(chǎn)生的？

工作設(shè)備（產(chǎn)生激光）：

由光學(xué)震蕩器及放在震蕩器空穴兩端鏡間的介質(zhì)所組成。

介質(zhì)受到激發(fā)至高能量狀態(tài)時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生同相位光波且在兩端鏡間來(lái)回反射，形成光電的串結(jié)效應(yīng)，將光波放大，并獲得足夠能量而開(kāi)始發(fā)射出激光。

圖3）激光焊接設(shè)備組成

激光亦可解釋成將電能、化學(xué)能、熱能、光能或核能等原始能源轉(zhuǎn)換成某些特定光頻（紫外光、可見(jiàn)光或紅外光）的電磁輻射束的一種設(shè)備。

圖4）激光焊接設(shè)備簡(jiǎn)易圖

激光分類

焊接用有兩種激光：

CO2 激光和Nd:YAG激光

特點(diǎn)：

都是肉眼不可見(jiàn)紅外光。

紅外光，又叫紅外線，是波長(zhǎng)比可見(jiàn)光要長(zhǎng)的電磁波（光），波長(zhǎng)為770納米到1毫米之間。

CO2 激光：

屬于遠(yuǎn)紅外光，波長(zhǎng)為10. 6Lm, 大部分金屬對(duì)這種光的反射率達(dá)到80% ~ 90%,需要特別的光鏡把光束聚焦成直徑為0. 75 - 0. 1mm。功率可輕易達(dá)到20000W甚至更大。

大功率的CO2 激光通過(guò)小孔效應(yīng)來(lái)解決高反射率的問(wèn)題。CO2 激光大功率焊接時(shí), 常使用不產(chǎn)生等離子體的氦氣作為保護(hù)氣體。

CO2 激光是目前工業(yè)應(yīng)用最廣泛的激光器。

圖5）CO2 激光器的一般結(jié)構(gòu)

Nd:YAG激光：

屬于近紅外光。波長(zhǎng)為1. 06 Lm, 熱導(dǎo)體對(duì)這種波長(zhǎng)的光吸收率較高,對(duì)于大部分金屬, 它的反射率為20% ~ 30%。

只要使用標(biāo)準(zhǔn)的光鏡就能使近紅外波段的光束聚焦為直徑0. 25 mm。

功率一般能達(dá)到4000~ 6000W左右, 現(xiàn)在最大功率已達(dá)到10 000W。

Nd:YAG激光優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生的光束可以通過(guò)光纖傳送，因此可以省去復(fù)雜的光束傳送系統(tǒng)。

工藝參數(shù)

工藝參數(shù)：

1）激光功率密度

是激光焊接的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于同一種金屬來(lái)說(shuō)，激光功率密度不同時(shí)材料達(dá)到熔點(diǎn)和沸點(diǎn)的時(shí)間不同。

圖6

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，當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有60~98%的激光能量反射而損失掉，激光脈沖開(kāi)始作用時(shí)反射率高，當(dāng)材料表面溫度升至熔點(diǎn)時(shí)，反射率迅速下降，表面處于熔化狀態(tài)時(shí)，反射率穩(wěn)定于某一值，當(dāng)表面溫度繼續(xù)上升到沸點(diǎn)時(shí)，反射率又一次下降。

圖7）金屬的反射率與時(shí)間關(guān)系

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

激光焊接通常需要一定的離焦量

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。

負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深。焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。

5）焊接速度

焊接速度的快慢會(huì)影響單位時(shí)間內(nèi)的熱輸入量，焊接速度過(guò)慢，則熱輸入量過(guò)大，導(dǎo)致工件燒穿，焊接速度過(guò)快，則熱輸入量過(guò)小，造成工件焊不透。

激光焊接特性

1）屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上；

2）激光束可由平面光學(xué)元件（如鏡子）導(dǎo)引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上；

3）激光焊接屬非接觸式焊接，作業(yè)過(guò)程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用；

4）激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復(fù)合焊，實(shí)現(xiàn)大熔深焊接，同時(shí)熱輸入量比MIG焊大為減小。

圖8）設(shè)備組成說(shuō)明

激光的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）可將入熱量降到最低的需要量

（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用；

（3）不需使用電極，沒(méi)有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形皆可降至最低；

（4）激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無(wú)法發(fā)揮；

（5）工件可放置在封閉的空間

（6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊小型且間隔相近的部件；

（7）可焊材質(zhì)種類范圍大，可接合各種異質(zhì)材料；

（8）易于以自動(dòng)化高速焊接，可以數(shù)位或電腦控制

（9）焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不像電弧焊易有回熔的困擾；

（10）不受磁場(chǎng)所影響，能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件；

（11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬；

（12）不需真空，亦不需做X射線防護(hù)；

（13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá)10:1；

（14）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。

缺點(diǎn)：

（1）焊件位置需非常精確，需在激光束的聚焦范圍內(nèi)；

（2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)；

（3）生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接；

（4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變；

（5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)；

（6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%；

（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮；

（8）設(shè)備昂貴。

國(guó)內(nèi)激光設(shè)備生產(chǎn)狀況

目前我國(guó)多數(shù)激光公司和企業(yè)規(guī)模較小，投資強(qiáng)度低，沒(méi)有形成規(guī)模生產(chǎn)。國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的激光設(shè)備生產(chǎn)廠家有：

長(zhǎng)春新產(chǎn)業(yè) 、武漢楚天激光 、深圳大族激光、華北光電 、武漢華工激光、 上海團(tuán)結(jié)普瑞瑪。

國(guó)外激光設(shè)備生產(chǎn)狀況

世界激光器市場(chǎng)可劃分為三大區(qū)域：

1.美國(guó)（包括北美）占55% ；

2.歐州占22%；

3.日本及太平洋地區(qū)占23%。

在世界激光市場(chǎng)上：

激光材料加工設(shè)備方面，德國(guó)占首位；

激光醫(yī)療及激光檢測(cè)方面，美國(guó)占首位；

光電子技術(shù)方面，日本占首位，美國(guó)占第二位。

德國(guó)企業(yè)有：（幾乎占了世界市場(chǎng)的40%）

Rofin-sinar激光公司、

Trumpf 激光技術(shù)公司、

Haas 固體激光公司、Lambda Physik公司、

德國(guó)的LaserVision公司等

美國(guó)企業(yè)有：

1.相干公司、2.光譜物理公司、

3.聯(lián)合工藝（URTC）公司、4.PRC公司、

5.燃燒工程公司、6.Lumonics公司、

7.Synrad公司、8.MartedLasers公司、

9.Electrox公司10.ESI公司等。

日本企業(yè)有：

三菱電氣、松下電氣、Amada、Mazak等公司