激光焊接www.www-469300.com是激光加工材料加工技術應用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬于熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作為一種高質量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纖傳輸技術的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，使其在機械制造、航空航天、汽車工業、粉末冶金、生物醫學微電子行業等領域的應用越來越廣。

一、激光焊接的工藝參數。

1、功率密度。 功率密度是激光加工中最關鍵的參數之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內，表層即可加熱至沸點，產生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導型激光焊接中，功率密度在范圍在104~106W/cm2。

2、激光脈沖波形。 激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內，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之一，它既是區別于材料去除和材料熔化的重要參數，也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。

4、離焦量對焊接質量的影響。 激光焊接通常需要一定的離做文章一，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。 離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學理論，當正負離做文章一相等時，所對應平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應用中，當要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，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。采用激光焊接可以成功的實現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點。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，尤其實用于片狀元件組裝技術。

三、激光深熔焊：

1、冶金過程及工藝理論。 激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似，即能量轉換機制是通過“小孔”結構來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下，材料產生蒸發形成小孔。這個充滿蒸汽的小孔猶如一個黑體，幾乎全部吸收入射光線的能量，孔腔內平衡溫度達25000度左右。熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來，使包圍著這個孔腔的金屬熔化。小孔內充滿在光束照射下壁體材料連續蒸發產生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬，液態金屬四周即圍著固體材料。孔壁外液體流動和壁層表面張力與孔腔內連續產生的蒸汽壓力相持并保持著動態平衡。光束不斷進入小孔，小孔外材料在連續流動，隨著光束移動，小孔始終處于流動的穩定態。就是說，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動，熔融金屬填充著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。

2、影響因素。 對激光深熔焊產生影響的因素包括：激光功率，激光束直徑，材料吸收率，焊接速度，保護氣體，透鏡焦長，焦點位置，激光束位置，焊接起始和終止點的激光功率漸升、漸降控制。

3、激光深熔焊的特征：（1）高的深寬比。因為熔融金屬圍著圓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。因為源腔溫度很高，熔化過程發生得極快，輸入工件熱量極低，熱變形和熱影響區很小。（3）高致密性。因為充滿高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池攪拌和氣體逸出，導致生成無氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細化。（4）強固焊縫。（5）精確控制。（6）非接觸，大氣焊接過程。

4、激光深熔焊的優點：（1）由于聚焦激光束比常規方法具有高得多的功率密度，導致焊接速度快，熱影響區和變形都較小，還可以焊接鈦、石英等難焊材料。（2）因為光束容易傳輸和控制，又不需要經常更換焊炬、噴嘴，顯著減少停機輔助時間，所以有荷系數和生產效率都高。（3）由于純化作用和高的冷卻速度，焊縫強，綜合性能高。（4）由于平衡熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用。另外，激光焊接的動轉費用也比較低，可以降低生產成本。（5）容易實現自動化，對光束強度與精細定位能進行有效的控制。

5、激光深熔焊設備：激光深熔焊通常選用連續波CO2激光器，這類激光器能維持足夠高的輸出功率，產生“小孔”效應，熔透整個工件截面，形成強韌的焊接接頭。 就激光器本身而言，它只是一個能產生可作為熱源、方向性好的平行光束的裝置。如果把它導向和有效處理后射向工件，其輸入功率就具有強的相容性，使之能更好的適應自動化過程。 為了有效實施焊接，激光器和其他一些必要的光學、機械以及控制部件一起共同組成一個大的焊接系統。這個系統包括激光器、光束傳輸組件、工件的裝卸和移動裝置，還有控制裝置。這個系統可以是僅由操作者簡單地手工搬運和固定工件，也可以是包括工件能自動的裝、卸、固定、焊接、檢驗。這個系統的設計和實施的總要求是可獲得滿意的焊接質量和高的生產效率。

四、鋼鐵材料的激光焊接：

1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接。 總的說，碳鋼激光焊接效果良好，其焊接質量取決于雜質含量。就象其它焊接工藝一樣，硫和磷是產生焊接裂紋的敏感因素。 為了獲得滿意的焊接質量，碳含量超過0.25%時需要預熱。當不同含碳量的鋼相互焊接時，焊炬可稍偏向低碳材料一邊，以確保接頭質量。 低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高，并不適合激光焊接。低碳鎮靜鋼由于低的雜質含量，焊接效果就很好。 中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進行良好的激光焊接，但需要預熱和焊后處理，以消除應力，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焊接更易于獲得優質接頭。由于高的焊接速度熱影響區很小，敏化不成為重要問題。與碳鋼相比，不銹鋼低的熱導系數更易于獲得深熔窄焊縫。

3、不同金屬之間的激光焊接。 激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區，為許多不同金屬焊接融化后有不同結構的材料相容創造了有利條件。現已證明以下金屬可以順利進行激光深熔焊接：不銹鋼~低碳鋼，416不銹鋼~310不銹鋼，347不銹鋼~HASTALLY鎳合金，鎳電極~冷鍛鋼，不同鎳含量的雙金屬帶。

五、激光焊接在汽車行業中的舉例應用

據有關資料統計，在歐美發達工業國家中，有50%-70%的汽車零部件是用激光加工來完成的。其中主要以激光焊接為主和切割為主，激光焊接在汽車工業中已成為標準工藝。激光用于車身面板的焊接可將不同厚度和具有不同表面涂鍍層的金屬板焊在一起，然后再進行沖壓，這樣制成的面板結構能達到最合理的金屬組合。激光焊接的速度約為4.5m/min，而且很少變形，省去了二次加工。激光焊接加速了用沖壓零件代替鍛造零件的進程。采用激光焊接，可以減少搭接寬度和一些加強部件，還可以壓縮車身結構件本身的體積。僅此一項車身的重量可減少56kg。激光焊接用于車頂外殼與框架焊接，傳動轉換器蓋板的焊接，由CNC控制，其循環時間約為16秒，實際焊接時間僅為3秒，一天可連續運行24小時。用于焊接小轎車的變速箱總成和底盤，激光束的焊接速度快，易于自動化控制并且易于歸并到一個靈活的制造系統中，激光束改進了廠家的產品設計投產周期，降低了成品的廢品率。