第十六章激光焊與切割

第十六章激光焊與切割第一頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日激光焊1.原理：利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過(guò)聚焦系統(tǒng)聚焦到十分微小的焦點(diǎn)，當(dāng)調(diào)焦到焊件接頭處時(shí)，光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使金屬熔化形成接頭。2.特點(diǎn)：1）焊接熱影響區(qū)極小，焊件難于變形；2）焊件不易被氧化，可在空氣中焊接；3）焊接設(shè)備與焊件間無(wú)接觸，可焊接難于接近的接頭。3.應(yīng)用：激光焊比較容易實(shí)現(xiàn)異種金屬和異種材料的焊接，目前已廣泛用于電子工業(yè)和儀表工業(yè)中微型件的焊接。第二頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日二、激光焊焊接設(shè)備的組成(1)激光器激光器是激光焊焊接設(shè)備的重要組成部分，負(fù)責(zé)提供加工所需要的光能。

(2)光束檢測(cè)儀光束檢測(cè)儀的作用是監(jiān)測(cè)激光器的輸出能量或功率，測(cè)量光束橫截面上的能量分布狀況。

(3)焊接過(guò)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)該系統(tǒng)在工作過(guò)程中，對(duì)整個(gè)加工過(guò)程及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。

(4)導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)導(dǎo)光及聚焦系統(tǒng)由若干個(gè)反射鏡組成，使激光通過(guò)反射鏡改變光路方向，在激光到達(dá)指定方位后，通過(guò)聚焦鏡對(duì)其進(jìn)行聚焦，然后根據(jù)需要進(jìn)行激光焊和其他加工。一、激光焊與切割的基本原理第一節(jié)激光焊與切割概述第三頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日g07imzw(5)工作臺(tái)工作臺(tái)在裝夾焊件的同時(shí)，還具有二維或多維運(yùn)動(dòng)功能，使聚焦后的激光束始終能照到待焊接和待加工的部位上。

(6)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)主要用來(lái)對(duì)整個(gè)激光焊焊接設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)，如，控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)、控制激光器輸出的功率、對(duì)激光加工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控等。第一節(jié)激光焊與切割概述第四頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日三、激光器的分類及組成(1)激光工作物資是具有若干能級(jí)的粒子系統(tǒng)，能使粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受激輻射成為可能。

(2)諧振腔該機(jī)制給受激輻射提供振蕩空間和穩(wěn)定輸出的正反饋，并限制光束的頻率和方向。

(3)激勵(lì)源(泵浦源)向激光物質(zhì)提供能量，使之處于非平衡狀態(tài)，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

(4)電源為激勵(lì)源(泵浦源)提供能源。

(5)聚光器(固體激光器特有的)使光能最大限度地照射到激光工作物質(zhì)上，提高光能的利用率。

(6)控制和冷卻系統(tǒng)保證激光器能夠正常、穩(wěn)定和可靠地工作。第一節(jié)激光焊與切割概述第五頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日一、激光焊的特點(diǎn)1)聚焦后的功率密度可達(dá)104~107W/cm，甚至是更高。

2)激光加熱的范圍小(＜1mm)，在同樣的焊接厚度條件下，比焊條電弧焊、TIG焊、MIG焊等焊接方法快。

3)激光焊接后，焊件的殘余應(yīng)力和殘余變形小。

4)激光能被反射、透射，能在空間傳播很遠(yuǎn)的距離而衰減很小，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離或難以接近的部位焊接。

5)可以焊接一般焊接方法難以焊接的材料，如高熔點(diǎn)金屬等，也可以焊接非金屬材料，如陶瓷、有機(jī)玻璃等。

6)一臺(tái)激光器可以同時(shí)進(jìn)行多種不同的工作，如焊接、切割、合金化和熱處理等。第二節(jié)激光焊第六頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日7)與電子束焊接相比，激光焊的最大特點(diǎn)是不需要真空室，焊接過(guò)程不產(chǎn)生X射線。

1)焊接厚度比真空電子束焊小。

2)高反射率的材料焊接還較困難。

3)焊接設(shè)備投資大。第二節(jié)激光焊第七頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日二、激光焊的分類1.脈沖激光焊

(1)脈沖能量決定脈沖激光焊加熱能量的大小，影響被焊金屬的熔化量。

(2)脈沖寬度決定脈沖激光焊的加熱時(shí)間，它影響焊縫熔池的熔深及焊接熱影響區(qū)的大小。

(3)功率密度功率密度較小時(shí)，焊接以傳熱的方式進(jìn)行，焊點(diǎn)的直徑和熔深由熱傳導(dǎo)所決定；當(dāng)功率密度達(dá)到106W/cm2時(shí)，將產(chǎn)生小孔效應(yīng)，形成深寬比大于1的焊點(diǎn)，金屬略有汽化，但汽化量很小，不會(huì)影響焊點(diǎn)的形成。第二節(jié)激光焊第八頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日(4)離焦量Δf離焦量Δf是指焊件表面離聚焦激光束最小斑點(diǎn)的距離，改變離焦量，可以改變激光加熱斑點(diǎn)的大小和光束入射的情況。

2.連續(xù)CO2激光焊

(1)激光功率P通常是指激光器直接輸出功率，沒(méi)有考慮在導(dǎo)光和聚焦系統(tǒng)所引起的損失。

(2)焊接速度v當(dāng)激光功率一定時(shí)，由于提高焊接速度，使焊接熱輸入下降，焊接熔深會(huì)變小。

(3)光斑直徑d減小光斑直徑，功率密度與直徑的平方成反比，因此，減小光斑直徑比增加功率有效的多。第二節(jié)激光焊第九頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日(4)離焦量Δf離焦量不僅會(huì)影響焊件表面激光斑的大小，而且還影響光束的入射方向。

(5)保護(hù)氣體保護(hù)氣體在激光焊接過(guò)程中的作用有兩個(gè)：其一，保護(hù)焊縫金屬不受有害氣體的氧化污染，提高焊接接頭性能；其二，在激光焊接過(guò)程中吹保護(hù)氣體，可以抑制等離子體的積聚，將金屬蒸汽和等離子體從激光加熱區(qū)，用流動(dòng)的保護(hù)氣體吹除。

3.傳熱焊

4.深熔焊第二節(jié)激光焊第十頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日一、激光切割的特點(diǎn)1.激光切割的質(zhì)量好

2.激光切割效率高

3.激光切割是無(wú)接觸切割

4.切割多種材料第三節(jié)激光切割第十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日二、激光切割的分類1.激光汽化切割

2.激光熔化切割

3.激光氧氣切割

4.激光劃片與控制斷裂切割第三節(jié)激光切割第十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日一、激光的危害1.眼睛

(1)受激光直接照射由于激光的加熱效應(yīng)可引起人體視網(wǎng)膜的燒傷，并在瞬間使人致盲，即使小功率的激光也會(huì)造成眼底組織損傷，影響或降低視力。

(2)反射光的危害在激光焊與切割過(guò)程中，由于被焊金屬或被切割金屬表面對(duì)激光的反射，特別是強(qiáng)反射光對(duì)相關(guān)人員眼睛的危害，與受激光直接照射具有同樣的危險(xiǎn)性。

2.皮膚

3.有害氣體

4.火災(zāi)5.其他第四節(jié)激光焊與切割的安全防護(hù)第十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日二、激光焊與切割的安全防護(hù)技術(shù)1)在激光焊與切割的設(shè)備上，應(yīng)有各種安全保護(hù)裝置，在設(shè)備上應(yīng)備有明顯的危險(xiǎn)標(biāo)志和信號(hào)，如，“激光危險(xiǎn)”、“高壓危險(xiǎn)”等。

2)激光光路系統(tǒng)應(yīng)盡可能地全封閉，以防止激光光束直接照射事故的發(fā)生。

3)激光光路系統(tǒng)如不能全封閉，則可以讓激光從人的高度以上通過(guò)，使人的眼、頭部等重要器官避開(kāi)激光光束的高度。

4)激光焊與切割的工作臺(tái)，應(yīng)用經(jīng)過(guò)特殊處理過(guò)的玻璃加以屏蔽，防止反射光造成傷害事故。第四節(jié)激光焊與切割的安全防護(hù)第十四頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日5)激光焊與切割的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有安全標(biāo)志，并用防護(hù)欄、隔離墻、屏風(fēng)等進(jìn)行隔離，防止無(wú)關(guān)人員誤入危險(xiǎn)區(qū)。

6)對(duì)激光器應(yīng)該裝配防護(hù)罩或防護(hù)圍封，避免人員受到激光照射。

7)個(gè)人防護(hù)

①激光器現(xiàn)場(chǎng)操作人員和相關(guān)工作人員必須配戴激光防護(hù)眼鏡，激光防護(hù)眼鏡有普通型、防側(cè)光型和半防側(cè)光型等。

②激光器現(xiàn)場(chǎng)操作人員和相關(guān)工作人員，為減少漫反射的傷害，應(yīng)該穿白色激光防護(hù)服，該防護(hù)服應(yīng)用耐火及耐熱材料制成。第四節(jié)激光焊與切割的安全防護(hù)第十五頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日③激光器現(xiàn)場(chǎng)操作人員必須經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的有經(jīng)驗(yàn)人員，其他人員嚴(yán)禁操作激光器及進(jìn)行激光加工。

④激光焊與激光切割以及激光加工的操作人員，在工作時(shí)，要戴有防護(hù)眼鏡的頭盔，以防止紫外激光的傷害。

⑤激光焊與激光切割以及激光加工的操作人員，在工作時(shí)，要戴激光防護(hù)手套，特別是從事高能量、高功率激光加工時(shí)，戴激光防護(hù)手套可以防止被激光意外照射時(shí)對(duì)雙手的傷害。第四節(jié)激光焊與切割的安全防護(hù)第十六頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題1、下列不屬于激光焊特點(diǎn)的是（）。

A、焊接速度高B、焊后變形大

C、焊前部需要特別的清潔處理D、可用于非金屬材料的焊接2、激光氣割是利用高能量密度的激光作為切割刃具，對(duì)材料進(jìn)行切割加工的材料方法，其加工精度可達(dá)到（）水平。

A、精密機(jī)加工

B、普通加工

C、研磨D、刮削第十七頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題3、氣體激光器放電管中充以（）、N2氮?dú)釴?和He氦（Helium混合氣體。

A、H2B、O2C、COD、CO24、脈沖激光焊加工熱斑點(diǎn)微小，主要用于（）mm以下的薄片金屬絲的焊接。

A、0.1B、0.25C、0.5D、0.755、連續(xù)CO2激光焊焊接形式應(yīng)用最多的是（）。

A、搭接接頭B、疊接接頭

C、吻焊接頭D、對(duì)接接頭第十八頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題1、由于激光焊加熱區(qū)域很窄，焊后試件受熱很小，因此殘余應(yīng)力和變形相對(duì)較小。（）2、激光焊可焊接其他焊接方法難以焊接的材料，甚至可用于非金屬材料的焊接。（）3、激光焊焊機(jī)可一機(jī)多用，即可用于焊接也可用于切割。（）4、脈沖激光焊類似于點(diǎn)焊，每個(gè)激光脈沖在金屬上形成一個(gè)焊點(diǎn)，脈沖激光焊主要用于微小精密元件和一些微電子元件的焊接。（）第十九頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題5、CO2激光焊具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量轉(zhuǎn)換效率高、輸出功率大等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于銅、鋁、不銹鋼等材料的焊接。（）6、焊接激光器根據(jù)能力輸出分為脈沖激光器和連續(xù)激光器兩種。（）第二十頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題7、在固體激光器中，反射式聚焦用于中小功率的激光加工機(jī)。（*）.透射式聚焦用于中小功率的激光加工機(jī),而反射式聚焦用于大功率激光加工設(shè)8、在固體激光器中，透射式聚焦用于大功率激光加工設(shè)備。（）9、光速檢測(cè)器的主要作用是用來(lái)監(jiān)測(cè)激光器的輸出功率。（）第二十一頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題10、脈沖激光焊加熱斑點(diǎn)微小，如果使焊點(diǎn)重合，還可以進(jìn)行一些零件的封裝焊。（）11、連續(xù)CO2激光焊與電子束焊相比，當(dāng)焊速降到一定值后，熔深增加速度要比電子束焊大的多。（）激光焊分類激光焊分為脈沖激光焊和連續(xù)CO2激光焊以及激光切割。一、脈沖激...熔深增大,與電子束焊相比,當(dāng)焊速降到一定值后,熔深增加速度要比電子束焊小的多;12、連續(xù)CO2激光焊要提高功率密度，減小光斑直徑比增加功率更有效。（）第二十二頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題13、離焦量不僅影響工件表面激光光斑的大小，而且影響光束的入射方向，因而對(duì)熔深和焊縫形狀有較大的影響。（）14、激光的亮度比太陽(yáng)和電弧光高數(shù)十個(gè)數(shù)量級(jí)，受激光直接照射可瞬間使人致盲。（）15、激光直射還會(huì)造成人體燒傷，聚焦后的激光對(duì)人體傷害更大。（）第二十三頁(yè)，共二十六頁(yè)，2022年，8月28日練習(xí)題16、激光操作人員必須經(jīng)過(guò)規(guī)范嚴(yán)格的培訓(xùn)，合格上崗