鐳射焊機的優點

　　1、速度快、深度大、變形小。

　　2、能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接裝置裝置簡單。例如，鐳射透過電磁場，光束不會偏移；鐳射在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊，並能透過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。

　　3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，並能對異性材料施焊，效果良好。

　　4、鐳射聚焦後，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。

　　5、可進行微型焊接。鐳射束經聚焦後可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應用於大批次自動化生產的微、小型工件的組焊中。

　　6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG鐳射加工技術中採用了光纖傳輸技術，使鐳射焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。

　　7、鐳射束易實現光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

　　鐳射焊機的缺點

　　1、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因為鐳射聚焦後光斑尺雨寸小，焊縫窄，為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾。

　　2、鐳射器及其相關係統的成本較高，一次性投資較大。

鐳射焊接與其它焊接技術相比，鐳射焊接的主要優點是：

1、速度快、深度大、變形小。

2、能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接裝置裝置簡單。例如，鐳射透過電磁場，光束不會偏移；鐳射在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊，並能透過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。

3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，並能對異性材料施焊，效果良好。

4、鐳射聚焦後，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。

5、可進行微型焊接。鐳射束經聚焦後可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應用於大批次自動化生產的微、小型工件的組焊中。

6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG鐳射加工技術中採用了光纖傳輸技術，使鐳射焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。

7、鐳射束易實現光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

但是，鐳射焊接也存在著一定的侷限性：

1、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因為鐳射聚焦後光斑尺雨寸小，焊縫窄，為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾。

2、鐳射器及其相關係統的成本較高，一次性投資較大。

鐳射焊接熱傳導

鐳射焊接是將高強度的鐳射束輻射至金屬表面，透過鐳射與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。在鐳射與金屬的相互作用過程中，金屬熔化僅為其中一種物理現象。有時光能並非主要轉化為金屬熔化，而以其它形式表現出來，如汽化、等離子體形成等。然而，要實現良好的熔融焊接，必須使金屬熔化成為能量轉換的主要形式。為此，必須瞭解鐳射與金屬相互作用中所產生的各種物理現象以及這些物理現象與鐳射引數的關係，從而透過控制鐳射引數，使鐳射能量絕大部分轉化為金屬熔化的能量，達到焊接的目的。

鐳射焊接的工藝引數

1、功率密度

功率密度是鐳射加工中最關鍵的引數之一。採用較高的功率密度，在微秒時間範圍內，表層即可加熱至沸點，產生大量汽化。因此，高功率密度對於材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對於較低功率密度，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，在傳導型鐳射焊接中，功率密度在範圍在104~106W/cm2。

2、鐳射脈衝波形

鐳射脈衝波形在鐳射焊接中是一個重要問題，尤其對於薄片焊接更為重要。當高強度鐳射束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的鐳射能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個鐳射脈衝作用期間內，金屬反射率的變化很大。

3、鐳射脈衝寬度

脈寬是脈衝鐳射焊接的重要引數之一，它既是區別於材料去除和材料熔化的重要引數，也是決定加工裝置造價及體積的關鍵引數。

4、離焦量對焊接質量的影響

鐳射焊接通常需要一定的離做文章一，因為鐳射焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開鐳射焦點的各平面上，功率密度分佈相對均勻。

離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位於工件上方為正離焦，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，鐳射加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬並出現問分汽化，形成市壓蒸汽，並以極高的速度噴射，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，採用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。

鐳射焊接工藝方法

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。採用鐳射焊接可以成功的實現金屬絲與塊狀元件的連線，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。焊接不同型別的金屬要解決可焊性與可焊引數範圍。不同材料之間的鐳射焊接只有某些特定的材料組合才有可能。

鐳射釺焊

有些元件的連線不宜採用鐳射熔焊，但可利用鐳射作為熱源，施行軟釺焊與硬釺焊，同樣具有鐳射熔焊的優點。採用釺焊的方式有多種，其中，鐳射軟釺焊主要用於印刷電路板的焊接，尤其實用於片狀元件組裝技術。採用鐳射軟釺焊與其它方式相比有以下優點：

1、由於是區域性加熱，元件不易產生熱損傷，熱影響區小，因此可在熱敏元件附近施行軟釺焊。

2、用非接觸加熱，熔化頻寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上雙面元件裝備後加工。

3、重複操作穩定性好。焊劑對焊接工具汙染小，且鐳射照射時間和輸出功率易於控制，鐳射釺焊成品率高。

4、鐳射束易於實現分光，可用半透鏡、反射鏡、稜鏡、掃描鏡等光學元件進行時間與空間分割，能實現多點同時對稱焊。

5、鐳射釺焊多用波長1.06um的鐳射作為熱源，可用光纖傳輸，因此可在常規方式不易焊接的部位進行加工，靈活性好。

6、聚焦性好，易於實現多工位裝置的自動化。

鐳射深熔焊

1、冶金過程及工藝理論

鐳射深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似，即能量轉換機制是透過“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並保持著動態平衡。光束不斷進入小孔，小孔外材料在連續流動，隨著光束移動，小孔始終處於流動的穩定態。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後留下的空隙並隨之冷凝，焊縫於是形成。

2、影響因素

對鐳射深熔焊產生影響的因素包括：鐳射功率，鐳射束直徑，材料吸收率，焊接速度，保護氣體，透鏡焦長，焦點位置，鐳射束位置，焊接起始和終止點的鐳射功率漸升、漸降控制。

3、鐳射深熔焊的特徵及優點

特徵：（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並延伸向工件，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）高緻密性。因為充滿高溫蒸汽的小孔有利於熔接熔池攪拌和氣體逸出，導致生成無氣孔熔透焊接。焊後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。

優點：（1）由於聚焦鐳射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，所以有荷係數和生產效率都高。（3）由於純化作用和高的冷卻速度，焊縫強，綜合性能高。（4）由於平衡熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用。另外，鐳射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。

4、鐳射深熔焊裝置

鐳射深熔焊通常選用連續波CO2鐳射器，這類鐳射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。

就鐳射器本身而言，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後射向工件，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，鐳射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。這個系統包括鐳射器、光束傳輸元件、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。

鋼鐵材料的鐳射焊接

1、碳鋼及普通合金鋼的鐳射焊接

總的說，碳鋼鐳射焊接效果良好，其焊接質量取決於雜質含量。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。

低碳沸騰鋼由於硫、磷的含量高，並不適合鐳射焊接。低碳鎮靜鋼由於低的雜質含量，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鐳射焊接，但需要預熱和焊後處理，以消除應力，避免裂紋形成。

2、不鏽鋼的鐳射焊接

一般的情況下，不鏽鋼鐳射焊接比常規焊接更易於獲得優質接頭。由於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，不鏽鋼低的熱導係數更易於獲得深熔窄焊縫。

3、不同金屬之間的鐳射焊接

鐳射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後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鐳射深熔焊接：不鏽鋼~低碳鋼，416不鏽鋼~310不鏽鋼，347不鏽鋼~HASTALLY鎳合金，鎳電極~冷鍛鋼，不同鎳含量的雙金屬。

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