激光焊接技术概要-大华激光.PDF

Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 激光焊接技术概要 激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70 年代主要用于焊接薄 壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，表面热量通过 热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使 工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率 和高速度的焊接方法，随着高功率CO2 和高功率的YAG 激光器以及光纤传输技术的完 善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末 冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。 目前的研究主要集中于C02 激光和YAG 激光焊接各种金属材料时的理论，包括激 光诱发的等离子体的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、复合焊接、激光 焊接现象及小孔行为、焊接缺陷发生机理与防止方法等，并对镍基耐热合金、铝合金及 镁合金的焊接性，焊接现象建模与数值模拟，钢铁材料、铜、铝合金与异种材料的连接， 激光接头性能评价等方面做了一定的研究。 ﹡激光焊接原理： 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属 吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。图 1 显示在不同的辐射功率密度 下熔化过程的演变阶段。 ﹡激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将 光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递， 最后将两焊件熔接在一起。 2 、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热 能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用 力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更 深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。这 两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. 数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而 后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿 透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断 关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方 式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激 光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接 方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再 转变为小孔方式。 目前激光焊应用领域的扩大，主要应用于：制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、 电子工业、生物医学、其他领域如对BT20 钛合金[22]、HEl30 合金[23]、Li-ion 电池[24] 等激光焊接。 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，几乎没有连接间隙，焊接深度/ 宽度比高， 因此焊接质量比传统焊接方法高。但是，如向保证激光焊接的质量，也就是激光焊接过 程监测与质量控制是一个激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电 等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、 缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激 光焊接。 在激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率 和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。在实 际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧和设备技 术，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。 一、激光焊接的主要特性。 与其它