激光焊接論文講解

1、要摘激光束作為一種高能量密度的熱源，由于其潛的優(yōu)勢， 使其在焊接領域得到了迅速的發(fā)展和應用， 已逐漸成為傳統(tǒng)焊接技術的補充和發(fā)展，對其工藝方法的深入研究可為其在國內的應用建立良好的基礎；另一方面，焊接過程是一個高度非線性、多變量耦合， 同時具有大量隨機不確定因素的復）由于其具有非線性映射及自學習等特點， 雜過程，而人工神經網絡 （ ANNYAG使其在焊接領域的研究中與傳統(tǒng)方法相比具有一定優(yōu)勢。 本文通過對激光深熔焊試驗的正交設計和對試驗數(shù)據的分析，采用人工神經網絡的方激光深熔焊MATLAB 軟件，編程實現(xiàn)了 YAG法，建立網絡模型，并且基于的熔深預測和針對不同熔深要求對主要工藝參數(shù)的預測 一、

2、激光焊接的主要特性 年代主 70 是激光材料加工技術應用的重要方面之一。 20 世紀激光焊接 即激光輻射加熱工件表焊接過程屬熱傳導型，要用于焊接薄壁材料和低速焊接， 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(shù)， 使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優(yōu)點，已成激光器的出 YAGCO2 及高功率功應用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率在機獲得了以小孔效應為理論基礎的深熔焊接，現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領域。 械、汽車、鋼鐵等工業(yè)領域獲得了日益廣泛的應用。激光焊接的主要優(yōu)點（ 1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導所導致的

3、變形亦最低。（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經檢定合格，可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用。（3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機具的耗損及變形接可降至最低。（4）激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引，可放置在離工件適當之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導引， 其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。（5）工件可放置在封閉的空間（經抽真空或內部氣體環(huán)境在控制下） 。（6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件，（7）可焊材質種類范圍大，亦可相互接合各種異質材料。（8）易于以自動化進行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控

4、制。）焊接薄材或細徑線材時，不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。9（）不受磁場所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的（10對準焊件。11 ）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬（X射線防護。 （12）不需真空，亦不需做10:113）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達（ 14 ）可以切換裝置將激光束傳送至多個工作站。（ 激光焊接的主要缺點（1）焊件位置需非常精確，務必在激光束的聚焦范圍內。（2）焊件需使用夾治具時，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點對準。（3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠超過 19mm的工件，生產線上不適合使用激光焊接。（4）高反射性及高導熱性材料如鋁、 銅及其合

5、金等，焊接性會受激光所改變。（5）當進行中能量至高能量的激光束焊接時，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅除，以確保焊道的再出現(xiàn)。（6）能量轉換效率太低，通常低于10%。（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。（8）設備昂貴。三、激光焊接的工藝參數(shù)。1、功率密度。功率密度是激光加工中最關鍵的參數(shù)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(shù)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 10410

6、6W/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 6098% 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(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)，也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數(shù)。、離焦量對焊接質量的影響。4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(fā)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

7、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 50200us 材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)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。四、激光焊接工藝方法。1、片與片間的焊接。

8、包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等2、絲與絲的焊接。4 種工藝方法。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(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，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。塊狀元件的尺寸可以任焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍。有某些特定的材料組合才有可能。五、激光釬焊。不同材料之間的激光焊接只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(yōu)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

9、組裝技術。 采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點：1、由于是局部加熱，元件不易產生熱損傷，熱影響區(qū)小，因此可在熱敏元件附近施行軟釬焊。2、用非接觸加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上雙 面元件裝備后加工。3、重復操作穩(wěn)定性好。焊劑對焊接工具污染小，且激光照射時間和輸出功率易于控制，激光釬焊成品率高。4、激光束易于實現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學元件進行時間與空間分割，能實現(xiàn)多點同時對稱焊。5、激光釬焊多用波長 1.06um 的激光作為熱源，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進行加工，靈活性好。6、聚焦性好，易于實現(xiàn)多工位裝置的自動化六、激光深熔焊

10、。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(fā)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(xù)蒸發(fā)產生的高溫蒸汽， 小孔四壁包圍著熔融金屬， 液態(tài)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(xù)產生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。 光束不斷進入小孔， 小孔外材料在連續(xù)流動，隨著光束移動，小孔始終處于流動的穩(wěn)定態(tài)

11、。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、激光深熔焊的特征及優(yōu)點。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(fā)生得極快，輸入工件熱量極低，熱變形和熱影響區(qū)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

12、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。優(yōu)點：（1）由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度， 導致焊接速度快，熱影響區(qū)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(shù)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(xiàn)自動化，對光束強度與精細定位能進行有效的控制。4、激光深熔

13、焊設備。激光深熔焊通常選用連續(xù)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(tǒng)。這個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)的設計和實施的總要求

14、是可獲得滿意的焊接質量和高的生產效率。七、鋼鐵材料的激光焊接。1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接?？偟恼f，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(zhèn)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。、不銹鋼的激光焊接。 2一般的情況下， 不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于