激光焊接原理及工藝應(yīng)用分解學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1激光焊接原理及工藝激光焊接原理及工藝(gngy)應(yīng)用分解應(yīng)用分解第一頁，共44頁。1、激光、激光(jgung)原理原理及特性及特性第1頁/共44頁第二頁，共44頁。什么(shn me)是激光?鐳射=激光(jgung)=LASERLASER是英文的“受激輻射光放大”的首字母縮寫。ight mplification by timulated mission of adiationLASER光線放大受激輻射輻射第2頁/共44頁第三頁，共44頁。第3頁/共44頁第四頁，共44頁。第4頁/共44頁第五頁，共44頁。第5頁/共44頁第六頁，共44頁。第6頁/共44頁第七頁，共44頁。第7頁/共44

2、頁第八頁，共44頁。第8頁/共44頁第九頁，共44頁。l 氙燈為惰性氣體(duxng q t)放電燈，我們使用的燈的形狀多為直管形。其結(jié)構(gòu)一般都是由電極、燈管和充入的氙（Xe）氣體組成。電極是用高熔點、高電子發(fā)射率，又不易濺射的金屬材料制成。燈管用機械強度高、耐高溫、透光性好的石英玻璃制成。燈管內(nèi)充入氙氣。第9頁/共44頁第十頁，共44頁。l Nd：YAG（摻釹的釔鋁石榴石）是目前最常用(chn yn)的一類固體激光器。YAG是一種立方結(jié)構(gòu)晶體，質(zhì)地很硬、光學(xué)質(zhì)量好、熱導(dǎo)率高。用三價釹代替了晶體中部分的三價釔，因此稱為摻釹的釔鋁石榴石。第10頁/共44頁第十一頁，共44頁。第11頁/共44頁第

3、十二頁，共44頁。圖2-6圖2-7 諧振腔結(jié)構(gòu)M1100%M298%L第12頁/共44頁第十三頁，共44頁。第13頁/共44頁第十四頁，共44頁。第14頁/共44頁第十五頁，共44頁。第15頁/共44頁第十六頁，共44頁。第16頁/共44頁第十七頁，共44頁。第17頁/共44頁第十八頁，共44頁。激光器分類激光器分類(fn li)CO2激光器YAG激光器半導(dǎo)體激光器光纖激光器其它激光器YAG脈沖激光焊接機由于加工精度高，熱輸入量小，工件變形小，生產(chǎn)效率脈沖激光焊接機由于加工精度高，熱輸入量小，工件變形小，生產(chǎn)效率(xio l)快，自動化程度高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于快，自動化程度高等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)

4、用于IT消費類電子產(chǎn)品的加工制造中消費類電子產(chǎn)品的加工制造中第18頁/共44頁第十九頁，共44頁。2、激光焊接原理、激光焊接原理(yunl)及特性及特性第19頁/共44頁第二十頁，共44頁。激光焊接激光焊接(hnji)原理原理激光焊接激光焊接(hnji)原理原理 激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特性進行工作，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功率密度等特性進行工作，通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間內(nèi)使被焊處形成一個能量高度集中的熱源區(qū)，從而(cng r)使被焊物熔

5、化并形成牢固的焊點和焊縫。使被焊物熔化并形成牢固的焊點和焊縫。第20頁/共44頁第二十一頁，共44頁。激光激光(jgung)焊接原理焊接原理v激光激光(jgung)焊接一般分為熱傳導(dǎo)焊接和深熔焊焊接一般分為熱傳導(dǎo)焊接和深熔焊v激光激光(jgung)功率密度為功率密度為105106w/cm2形成激光形成激光(jgung)熱傳導(dǎo)焊熱傳導(dǎo)焊v激光激光(jgung)功率密度為功率密度為105106w/cm2形成激光形成激光(jgung)深熔焊深熔焊第21頁/共44頁第二十二頁，共44頁。激光激光(jgung)焊接的特性焊接的特性與其它焊接方式相比，激光焊接具有與其它焊接方式相比，激光焊接具有(jyu)

6、以下特性：以下特性：能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊縫深寬比大熱輸入量小，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力和變形小熱輸入量小，熱影響區(qū)小，工件殘余應(yīng)力和變形小非接觸式焊接，光纖傳輸，可達性較好，自動化程度高非接觸式焊接，光纖傳輸，可達性較好，自動化程度高接頭設(shè)計靈活，節(jié)省原材料接頭設(shè)計靈活，節(jié)省原材料焊接能量可精確控制，焊接效果穩(wěn)定，焊接外觀好焊接能量可精確控制，焊接效果穩(wěn)定，焊接外觀好第22頁/共44頁第二十三頁，共44頁。激光焊接激光焊接(hnji)的特性的特性焊接方式焊接方式熱影響區(qū)熱影響區(qū)熱變形熱變形焊縫質(zhì)量焊縫質(zhì)量是否添加焊料是否添加焊料焊接

7、環(huán)境焊接環(huán)境激光焊接激光焊接較小較小較好否無要求電子束焊電子束焊較小較小較好否真空等離子弧焊等離子弧焊一般一般一般是需電極電阻焊電阻焊較大較大一般否需電極氬弧焊氬弧焊較大較大一般是需電極釬焊釬焊一般一般一般是整體加溫各種焊接方式各種焊接方式(fngsh)比較比較第23頁/共44頁第二十四頁，共44頁。3、金屬材料的激光(jgung)焊接工藝第24頁/共44頁第二十五頁，共44頁。鋼及其合金鋼及其合金(hjn)的焊接的焊接316L不銹鋼激光不銹鋼激光(jgung)點點焊焊316L不銹鋼激光不銹鋼激光(jgung)點焊焊點點焊焊點截面截面v不銹鋼使用普通方波即可獲得良好的焊接效果不銹鋼使用普通方波

8、即可獲得良好的焊接效果v設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，盡量使焊點遠(yuǎn)離非金屬物質(zhì)設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時，盡量使焊點遠(yuǎn)離非金屬物質(zhì)v為滿足強度及外觀要求，應(yīng)盡量預(yù)留足夠的焊接區(qū)域及工件厚度為滿足強度及外觀要求，應(yīng)盡量預(yù)留足夠的焊接區(qū)域及工件厚度v焊接時應(yīng)、保證工件的清潔度及環(huán)境的干燥度焊接時應(yīng)、保證工件的清潔度及環(huán)境的干燥度第25頁/共44頁第二十六頁，共44頁。鋁及其合金鋁及其合金(hjn)的焊接的焊接鋁合金螺柱激光鋁合金螺柱激光(jgung)點點焊焊鋁合金螺柱激光鋁合金螺柱激光(jgung)點焊點焊v鋁合金材料反光率很高，焊接時需要較高的激光峰值鋁合金材料反光率很高，焊接時需要較高的激光峰值v脈沖點焊時易產(chǎn)生裂紋，

9、影響焊接強度脈沖點焊時易產(chǎn)生裂紋，影響焊接強度v材料成份易產(chǎn)生偏析，容易產(chǎn)生飛濺，應(yīng)選擇較好的原材料材料成份易產(chǎn)生偏析，容易產(chǎn)生飛濺，應(yīng)選擇較好的原材料v一般使用大光斑和長脈寬可以取得較好的焊接效果一般使用大光斑和長脈寬可以取得較好的焊接效果第26頁/共44頁第二十七頁，共44頁。銅及其合金銅及其合金(hjn)的焊接的焊接紫銅紫銅(ztng)密封縫焊密封縫焊黃銅黃銅(hun tn)插接件插接件縫焊縫焊v銅材料反光率相比鋁合金更高，焊接激光峰值更高，激光頭需傾斜一定角度銅材料反光率相比鋁合金更高，焊接激光峰值更高，激光頭需傾斜一定角度v針對一些銅合金，如黃銅、白銅等，受合金元素影響，焊接難度較大

10、，焊接時需針對一些銅合金，如黃銅、白銅等，受合金元素影響，焊接難度較大，焊接時需注意工藝參數(shù)的選擇注意工藝參數(shù)的選擇第27頁/共44頁第二十八頁，共44頁。異種金屬異種金屬(jnsh)焊接焊接鋁合金與鍍金鋁合金與鍍金(d jn)磷銅小片點焊磷銅小片點焊鋁合金與鍍金鋁合金與鍍金(d jn)磷銅小片點焊磷銅小片點焊v能否形成固溶體能否形成固溶體v異種金屬之間的負(fù)電性差異是否較大異種金屬之間的負(fù)電性差異是否較大v其它影響因素其它影響因素第28頁/共44頁第二十九頁，共44頁。異種金屬異種金屬(jnsh)焊接焊接v能否形成固溶體，異種金屬在液態(tài)及固態(tài)下能否互溶，只有能無限能否形成固溶體，異種金屬在液態(tài)

11、及固態(tài)下能否互溶，只有能無限(wxin)互溶時，才互溶時，才v 能形成牢固焊接接頭，一般只有兩者之間的原子半徑差小于能形成牢固焊接接頭，一般只有兩者之間的原子半徑差小于14%15%時，才能時，才能v 形成溶解度較大甚至無限形成溶解度較大甚至無限(wxin)互溶的固溶體互溶的固溶體v異種金屬之間的負(fù)電性差異是否較大，相差越大，則他們之間的化學(xué)親和力就異種金屬之間的負(fù)電性差異是否較大，相差越大，則他們之間的化學(xué)親和力就v 越強，就越傾向于生成化合物而不利于形成固溶體，所形成的固溶體溶解度也越強，就越傾向于生成化合物而不利于形成固溶體，所形成的固溶體溶解度也v 就越小，其焊接接頭強度也越低就越小，其

12、焊接接頭強度也越低v此外，異種金屬焊接還跟材料之間的熔點、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率、比熱、氧化此外，異種金屬焊接還跟材料之間的熔點、線膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱率、比熱、氧化v 性、反光率等性能有很大關(guān)系，這些物理特性相差越大，則越難焊接，所形成性、反光率等性能有很大關(guān)系，這些物理特性相差越大，則越難焊接，所形成v 的焊接接頭強度越差的焊接接頭強度越差v通常鋼與銅、鋁和鎳、銅和鎳等異種金屬材料的激光焊接性都比較好，能獲得通常鋼與銅、鋁和鎳、銅和鎳等異種金屬材料的激光焊接性都比較好，能獲得v 較好的焊接質(zhì)量較好的焊接質(zhì)量異種金屬能否形成優(yōu)質(zhì)焊接接頭主要取決于被焊金屬的物理性能、化學(xué)異種金屬能否形成優(yōu)質(zhì)焊接接頭主要

13、取決于被焊金屬的物理性能、化學(xué)(huxu)性能、化學(xué)性能、化學(xué)(huxu)成分和工藝措施，通常從以下幾個方面考量：成分和工藝措施，通常從以下幾個方面考量：第29頁/共44頁第三十頁，共44頁。4、激光焊接(hnji)常見缺陷及應(yīng)對措施第30頁/共44頁第三十一頁，共44頁。激光焊接激光焊接(hnji)常見缺陷及應(yīng)常見缺陷及應(yīng)對措施對措施焊點焊點(hn din)表面飛濺表面飛濺內(nèi)部焊接氣孔內(nèi)部焊接氣孔出現(xiàn)焊接裂紋出現(xiàn)焊接裂紋產(chǎn)生焊接變形產(chǎn)生焊接變形激光焊接激光焊接(hnji)時工藝參數(shù)不正確，措施不良，往往會導(dǎo)致一些焊時工藝參數(shù)不正確，措施不良，往往會導(dǎo)致一些焊接接(hnji)缺陷的產(chǎn)生：缺陷的

14、產(chǎn)生：第31頁/共44頁第三十二頁，共44頁。焊點表面焊點表面(biomin)飛濺飛濺焊接飛濺焊接飛濺 激光焊接時產(chǎn)生飛濺的主要原因是激光功率密度過高，工件在短時間內(nèi)吸收了激光焊接時產(chǎn)生飛濺的主要原因是激光功率密度過高，工件在短時間內(nèi)吸收了較多的激光能量，材料嚴(yán)重氣化，熔池反應(yīng)劇烈形成焊接飛濺，飛濺不僅影響工較多的激光能量，材料嚴(yán)重氣化，熔池反應(yīng)劇烈形成焊接飛濺，飛濺不僅影響工件的外觀和裝配精度，更會影響焊接強度，造成產(chǎn)品件的外觀和裝配精度，更會影響焊接強度，造成產(chǎn)品(chnpn)不良不良激光激光(jgung)(jgung)焊接時焊接時產(chǎn)生的飛濺產(chǎn)生的飛濺第32頁/共44頁第三十三頁，共44頁

15、。焊點焊點(hn din)表面飛濺表面飛濺引起飛濺具體原因引起飛濺具體原因(yunyn)，可以歸納為以下幾點：，可以歸納為以下幾點：激光峰值功率過高，形成焊接飛濺激光峰值功率過高，形成焊接飛濺焊接波形不合適，對高反射率材料未使用合適波形焊接焊接波形不合適，對高反射率材料未使用合適波形焊接材料成份偏析，造成局部吸收率提高，形成焊接飛濺材料成份偏析，造成局部吸收率提高，形成焊接飛濺工件表面有污物或非金屬物質(zhì)，造成吸收率提高，形成焊接飛濺工件表面有污物或非金屬物質(zhì)，造成吸收率提高，形成焊接飛濺兩工件之間或工件底部有低熔點物質(zhì)，焊接時形成大量氣體，造成飛濺兩工件之間或工件底部有低熔點物質(zhì)，焊接時形成大

16、量氣體，造成飛濺焊接部位焊接部位(bwi)形成中空的封閉空間，焊接時空間內(nèi)的空氣受熱膨脹形成飛形成中空的封閉空間，焊接時空間內(nèi)的空氣受熱膨脹形成飛濺濺第33頁/共44頁第三十四頁，共44頁。防止飛濺防止飛濺(fijin)的措施的措施一般從以下一般從以下(yxi)幾個方面來改善焊接效果，防止焊接飛濺：幾個方面來改善焊接效果，防止焊接飛濺：優(yōu)化焊接焊接工藝參數(shù)，如降低峰值功率或使用尖峰波優(yōu)化焊接焊接工藝參數(shù)，如降低峰值功率或使用尖峰波選用合格選用合格(hg)優(yōu)質(zhì)的原材料優(yōu)質(zhì)的原材料加強焊前清洗，祛除油污雜質(zhì)加強焊前清洗，祛除油污雜質(zhì)合理設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)合理設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)第34頁/共44頁第三十五頁，共4

17、4頁。焊點內(nèi)部焊點內(nèi)部(nib)氣孔氣孔 氣孔是激光焊接中最常見的缺陷，激光焊接熱循環(huán)快，熔池存在的時間短，氣孔是激光焊接中最常見的缺陷，激光焊接熱循環(huán)快，熔池存在的時間短，造成焊接時形成造成焊接時形成(xngchng)的氣體來不及從熔池中溢出，從而形成的氣體來不及從熔池中溢出，從而形成(xngchng)焊接氣孔焊接氣孔焊接焊接(hnji)氣孔氣孔激光焊接時產(chǎn)生的氣孔激光焊接時產(chǎn)生的氣孔第35頁/共44頁第三十六頁，共44頁。氣孔氣孔(qkng)的分類的分類激光焊接時常見的氣孔一般激光焊接時常見的氣孔一般(ybn)可以分為以下幾類：可以分為以下幾類：氫氣孔氫氣孔一氧化碳?xì)饪滓谎趸細(xì)饪仔】滋?/p>

18、氣孔小孔坍塌氣孔第36頁/共44頁第三十七頁，共44頁。氣孔氣孔(qkng)的預(yù)防措施的預(yù)防措施氣孔氣孔(qkng)是激光焊接時的常見缺陷，應(yīng)跟據(jù)氣孔是激光焊接時的常見缺陷，應(yīng)跟據(jù)氣孔(qkng)產(chǎn)生的機理采取相應(yīng)的預(yù)防措施：產(chǎn)生的機理采取相應(yīng)的預(yù)防措施：減小氣孔來源減小氣孔來源 工件表面水、油污、氧化膜等融入熔池，發(fā)生冶金或物理，析出氣體，當(dāng)氣體來不及溢出工件表面水、油污、氧化膜等融入熔池，發(fā)生冶金或物理，析出氣體，當(dāng)氣體來不及溢出(y ch)熔池，就會形成氣孔，因此焊接前應(yīng)做好工件清洗工作，甚至增加預(yù)熱，可有效減小氣孔產(chǎn)生幾率熔池，就會形成氣孔，因此焊接前應(yīng)做好工件清洗工作，甚至增加預(yù)熱，

19、可有效減小氣孔產(chǎn)生幾率延長熔池存在時間延長熔池存在時間 由于激光焊接的特性，其熱循環(huán)時間快，熔池存在時間短，熔池中析出的氣體往往來不及金屬就凝固了，所以延長熔池存在的時間也是減少氣孔產(chǎn)生的一個有效方法，具體做法可以延長焊接脈寬由于激光焊接的特性，其熱循環(huán)時間快，熔池存在時間短，熔池中析出的氣體往往來不及金屬就凝固了，所以延長熔池存在的時間也是減少氣孔產(chǎn)生的一個有效方法，具體做法可以延長焊接脈寬改變離焦量改變離焦量 焊接時，激光在焦點或負(fù)離焦位置焊接時，熔池反應(yīng)劇烈，合金元素氣化嚴(yán)重，往往成為產(chǎn)生氣孔的氣體來源，當(dāng)改變離焦位置，使焊接能量更加柔和，則可減少金屬元素氣化形成的氣孔焊接時，激光在焦點

20、或負(fù)離焦位置焊接時，熔池反應(yīng)劇烈，合金元素氣化嚴(yán)重，往往成為產(chǎn)生氣孔的氣體來源，當(dāng)改變離焦位置，使焊接能量更加柔和，則可減少金屬元素氣化形成的氣孔第37頁/共44頁第三十八頁，共44頁。焊前處理焊前處理(chl)方法方法工藝工藝材料材料脫脫 脂脂堿堿 洗洗沖洗沖洗中中 和和 光光 化化沖洗沖洗干干 燥燥NaOH溶液溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溫度溫度（）時間時間(minmin)HNO3HNO3溶液溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溫度溫度（）時間時間(min)純鋁純鋁汽油煤油汽油煤油6%6%10%10%405020清水清水30%室溫室溫13清水清水風(fēng)干或風(fēng)干或低溫干燥燥低溫干燥燥鋁鎂、鋁鎂、鋁錳合金鋁錳合金汽油煤油

21、汽油煤油6%10%40507清水清水30%室溫室溫13清水清水風(fēng)干或風(fēng)干或低溫干燥低溫干燥以鋁合金為例，可以采用化學(xué)或機械兩種焊前處理以鋁合金為例，可以采用化學(xué)或機械兩種焊前處理(chl)方式來減少氣孔等焊方式來減少氣孔等焊接缺陷：接缺陷：化學(xué)化學(xué)(huxu)清洗清洗v機械清理機械清理 先用有機溶劑先用有機溶劑(丙酮、松香或汽油丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用細(xì)銅線刷至表面露出金屬光澤，或者用刮刀清理表面擦拭焊件表面的油污，然后用細(xì)銅線刷至表面露出金屬光澤，或者用刮刀清理表面 第38頁/共44頁第三十九頁，共44頁。焊接焊接(hnji)裂紋裂紋激光激光(jgung)(jgung)焊

22、接焊接時產(chǎn)生的裂紋時產(chǎn)生的裂紋激光焊接時裂紋危害很大，嚴(yán)重影響工件的焊接強度，降低工件的使用壽命，因激光焊接時裂紋危害很大，嚴(yán)重影響工件的焊接強度，降低工件的使用壽命，因此預(yù)防此預(yù)防(yfng)裂紋有重要意義，激光焊接加熱冷卻時間快，加大了材料產(chǎn)生裂紋的幾率裂紋有重要意義，激光焊接加熱冷卻時間快，加大了材料產(chǎn)生裂紋的幾率，必須采取一定措施加以改善，必須采取一定措施加以改善第39頁/共44頁第四十頁，共44頁。裂紋裂紋(li wn)的分類的分類熱裂紋熱裂紋(li wn)，包括結(jié)晶裂紋，包括結(jié)晶裂紋(li wn)、多變化裂紋、多變化裂紋(li wn)和液化裂紋和液化裂紋(li wn)冷裂紋冷裂紋(

23、li wn)，包括延遲裂紋，包括延遲裂紋(li wn)、淬硬脆化裂紋、淬硬脆化裂紋(li wn)和低塑性脆化裂紋和低塑性脆化裂紋(li wn)再熱裂紋再熱裂紋(li wn)，主要指消除應(yīng)力熱處理裂紋，主要指消除應(yīng)力熱處理裂紋(li wn)和和SR裂紋裂紋(li wn)層狀撕裂層狀撕裂按照裂紋按照裂紋(li wn)形成機理，裂紋形成機理，裂紋(li wn)可分成以下幾類：可分成以下幾類：第40頁/共44頁第四十一頁，共44頁。裂紋裂紋(li wn)的預(yù)防的預(yù)防激光焊接主要生成的是熱裂紋，在焊接鋁合金和高碳高合金鋼時常常激光焊接主要生成的是熱裂紋，在焊接鋁合金和高碳高合金鋼時常常產(chǎn)生產(chǎn)生(chnshng)裂紋，預(yù)防措施如下：裂紋，預(yù)防措施如下：v焊接某些牌號的鋁合金或高碳高合金鋼時，由于材料脆硬傾向大，在波焊接某些牌號的鋁合金或高碳高合金鋼時，由于材料脆硬傾向大，在波v形上需增加預(yù)熱跟