激光焊接工藝

1、激光的特性,（1）高方向性 激光發(fā)散角小，接近平行光，可用于定位、導(dǎo)向和測距等。 （2）亮度高(光強) 聚焦后光斑上的功率密度達1015W/cm2或更高，其亮度比太陽光要亮100億倍，可以進行材料加工或醫(yī)療外科手術(shù)。 （3）高單色性 其單色性比一般光高108-109倍以上，可把激光波長作為長度的標準進行精密測量，或把其周期用作時間測量標準，應(yīng)用于激光通訊等。 （4）高相干性 單色性越好相干長度越長，可用于較長工件的高精度測量與校驗。,激光在加工領(lǐng)域的應(yīng)用,材料加工由手工加工 火焰加工 電加工，而激光加工的出現(xiàn)正促使光加工時代轉(zhuǎn)變，被譽為“未來制造業(yè)的共同加工手段”。 激光加工代表著當前材料加工

2、業(yè)的發(fā)展方向。世界各國都把激光加工技術(shù)作為提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量以及具有國際競爭力的重要手段，將帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。 激光束能量密度高，加工速度快，工件變形小、熱影響區(qū)小，后續(xù)加工量?。凰梢詫Χ喾N金屬、非金屬加工，特別是可以加工高硬度、高脆性及高熔點材料。,激光加工主要工業(yè)領(lǐng)域,汽車,電子與電器,鋼鐵,機械,其他,航空與航天,船舶,建筑,6.2激光焊,6.2.1激光焊原理、特點及其應(yīng)用 一、激光焊及其應(yīng)用 激光焊是利用高能量密度的激光束轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進行焊接的一種高精密熔焊方法。 激光焊接在汽車、鋼鐵、船舶、航空、輕工等行業(yè)得到日益廣泛應(yīng)用。,二、激光焊的原理,

3、激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶實現(xiàn)焊接。 按激光器輸出能量方式不同，激光焊接分為脈沖激光焊和連續(xù)激光焊；而據(jù)激光聚焦后光斑上功率密度的不同，激光焊可分為傳熱焊和深熔焊。,(1) 傳熱焊,采用的激光光斑功率功率密度小于105W/mm2時，激光將金屬表面加熱到熔點與沸點之間，焊接時，金屬材料表面將所吸收的激光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬表面溫度升高而熔化，然后通過熱傳導(dǎo)方式把熱能傳向金屬內(nèi)部，使熔化區(qū)逐漸擴大，凝固后形成焊點或焊縫，其熔深輪廓近似為半球形。這種焊接機理稱為傳熱焊。傳熱焊的主要特點是激光光斑的功率密度小，大部分光

4、被金屬表面所反射，光的吸收率較低，焊接熔深淺，焊接速度慢。主要用于厚度小于1mm件的焊接加工。,(2) 深熔焊,當激光光斑上的功率密度足夠大時(106W/mm2)，在激光的照射下，金屬表面溫度在極短的時間內(nèi)(10-810-6s)升高到沸點，使金屬熔化和汽化。金屬蒸汽迅速逸出對熔化的液態(tài)金屬產(chǎn)生一個附加壓力，使熔池金屬表面向下凹陷，同時向坑外飛出的蒸汽將熔化的金屬擠向熔池四周，形成小孔。 當光束能量所產(chǎn)生的金屬蒸汽的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)加深，形成一個深度穩(wěn)定的孔而進行焊接，因此稱之為激光深熔焊。,三、激光焊的工藝特點,激光焊的優(yōu)點： （1）焊接速度快、能量密度高

5、、靈活性大。深寬比可達5：1，最高可達10：1。 （2）可在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；在各種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M行焊接。 （3）焊接難熔材料并能實現(xiàn)異種金屬的焊接，也可用于非金屬材料的焊接，如鈦、石英等。,（4）可以借助偏轉(zhuǎn)棱鏡或通過光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到難以接近的部位進行焊接。 （5）可進行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。 （6）大多數(shù)情況下激光焊接不需要填充材料，消除了焊接材料產(chǎn)生的污染，降低了有益合金元素的燒損。,激光焊的缺點,（1）設(shè)備復(fù)雜、投資大、功率較小

6、，可焊接的厚度受到一定的限制。 （2）激光器及用于激光束傳導(dǎo)和聚焦的附屬系統(tǒng)成本和操作成本高。 （3）焊接中有大量反射。,激光焊與其它焊接工藝的比較,2 激光焊接的重要參數(shù),（1）功率密度 功率密度是激光加工中最重要的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量氣化。因此高功率密度對材料去除加工，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(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層氣化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。,（2）激光脈沖波形 當高強度激光未射至材料表面，金屬表面將會有6098%的激光能量反射而損失掉，尤其對于薄片焊接。 （3）激光脈沖寬度（略） （

7、4）離焦量對焊接質(zhì)量的影響 激光焊接通常需要一定的離焦量，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。,3 激光焊接的設(shè)定條件,激光焊接的設(shè)定條件包括下面兩點： (1)激光功率：是使樹脂熔化的熱源。 (2)掃描速度：是激光束的移動速度。 同時，就材料而言，下面兩點也很重要： (3)透射性材料的光線透射率 (4)透射性材料的厚度,思考題,1 簡述激光焊的基本原理。 2 激光焊接有哪些優(yōu)缺點。,6.5 激光焊接工藝,6.5.1接頭設(shè)計 普通熔焊時使用的大多數(shù)焊接接頭的幾何形狀都適合于激光焊接。最常用的是對接、搭接和卷邊。 1 全焊透型對接接頭 待焊材料

8、邊緣不需開坡口，剪切邊如是直角且平行可直接用。 2 焊透的或焊縫的搭接接頭 待焊零件間的間隙嚴格限制著焊透深度和焊接速率。 3 卷邊接頭 卷邊接頭與對接接頭基本相同。平直的直角邊、良好的配合、壓緊和準確的橫向平直度都是必要的，對收縮率大的材料（如鋁）更是如此。,6.5.2 激光焊接工藝,激光焊接是將光能轉(zhuǎn)換為熱能的過程，因此光和熱兩方面的性能在激光焊接時都要考慮，如光的吸收、能量密度、熱容量、熔點、沸點及金屬表面狀況等。 （1）焊接時激光的能量范圍 為避免焊點金屬的蒸發(fā)和燒穿，必須控制能量密度，保證整個焊接過程中能量密度高于熔點而低于沸點。,（2）材料對激光的反射率,金屬對激光的吸收主要與激光

9、的波長，材料的性質(zhì)、溫度、表面狀況和激光功率密度有關(guān)。大部分金屬對10.6m的光反射強烈，而對1.06m的光反射較弱，結(jié)果使同樣功率的YAG激光器比CO2激光器具有較大的熔深。大多數(shù)金屬在激光開始照射時，能將大部分能量反射回去，室溫時材料對激光能的吸收率僅為20%以下，溫度提高時吸收率急劇提高，同時吸收率隨電阻率的增大而增加；功率密度大于某個極限值時，吸收率也急劇提高，所以焊接開始瞬間需要較大的功率密度。材料表面狀態(tài)主要指材料表面有無氧化膜、表面粗糙度及有無涂層。,（3）激光功率密度,激光功率密度高，金屬容易氣化形成小孔，激光的吸收率可以提高到90%以上。但功率太高，容易使焊縫區(qū)形成氣孔缺陷。,1 脈沖激光焊,低功率脈沖激光焊主要用于0.5mm以下的金屬絲與絲或薄膜之間的點焊，最細可焊0.02mm0.2m細絲。主要應(yīng)用于集成電路內(nèi)引線硅片上1.8m鋁鍍膜與50m100m鋁箔焊接，薄膜電路元件導(dǎo)線微晶玻璃上0.3m銅、鉻、金鍍膜與30m金、銅、鎳絲的焊接等。脈沖焊過程中應(yīng)注意如下幾點： （1）恰當選用激光脈沖能量（幾幾十焦耳）和寬度（3mm左右）； （2）