現代焊接的能量來源有很多種，包括氣體焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。

今天給大家介紹關于激光焊接內容。

激光焊接技術原理知識

激光焊接可以采用脈沖或連續激光束加以實現；

激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。

熱導焊：

激光輻射加熱待加工表面，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、峰功率和重復頻率等激光參數，使工件熔化，形成特定的熔池。

其特點：

激光功率為105w/cm2左右，焊縫深度小于2.5mm，焊縫的深寬比最大為3：1。

圖1）熱導焊基本原理

深熔焊：

一般采用連續激光光束完成材料的連接.

即能量轉換機制是通過“小孔”（Key-hole）結構來完成的.

激光照射,材料產生蒸發并形成小孔,吸收全部的入射光束能量,溫度達25000C左右,使包圍著這個孔腔四周的金屬熔化.

其特點：

采用的功率密度在106～107w/cm2 之間，焊縫的深寬比最大可達12：1 ，目前最大焊接深度可以達到51mm。

圖2）熔深焊技術原理

說到這里相信大家都有疑問，說激光是怎么產生的？

工作設備（產生激光）：

由光學震蕩器及放在震蕩器空穴兩端鏡間的介質所組成。

介質受到激發至高能量狀態時，開始產生同相位光波且在兩端鏡間來回反射，形成光電的串結效應，將光波放大，并獲得足夠能量而開始發射出激光。

圖3）激光焊接設備組成

激光亦可解釋成將電能、化學能、熱能、光能或核能等原始能源轉換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光）的電磁輻射束的一種設備。

圖4）激光焊接設備簡易圖

激光分類

焊接用有兩種激光：

CO2 激光和Nd:YAG激光

特點：

都是肉眼不可見紅外光。

紅外光，又叫紅外線，是波長比可見光要長的電磁波（光），波長為770納米到1毫米之間。

CO2 激光：

屬于遠紅外光，波長為10. 6Lm, 大部分金屬對這種光的反射率達到80% ~ 90%,需要特別的光鏡把光束聚焦成直徑為0. 75 - 0. 1mm。功率可輕易達到20000W甚至更大。

大功率的CO2 激光通過小孔效應來解決高反射率的問題。CO2 激光大功率焊接時, 常使用不產生等離子體的氦氣作為保護氣體。

CO2 激光是目前工業應用最廣泛的激光器。

圖5）CO2 激光器的一般結構

Nd:YAG激光：

屬于近紅外光。波長為1. 06 Lm, 熱導體對這種波長的光吸收率較高,對于大部分金屬, 它的反射率為20% ~ 30%。

只要使用標準的光鏡就能使近紅外波段的光束聚焦為直徑0. 25 mm。

功率一般能達到4000~ 6000W左右, 現在最大功率已達到10 000W。

Nd:YAG激光優點在于產生的光束可以通過光纖傳送，因此可以省去復雜的光束傳送系統。

工藝參數

工藝參數：

1）激光功率密度

是激光焊接的一個關鍵參數，對于同一種金屬來說，激光功率密度不同時材料達到熔點和沸點的時間不同。

圖6

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，當高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，激光脈沖開始作用時反射率高，當材料表面溫度升至熔點時，反射率迅速下降，表面處于熔化狀態時，反射率穩定于某一值，當表面溫度繼續上升到沸點時，反射率又一次下降。

圖7）金屬的反射率與時間關系

3）激光脈沖寬度

脈寬是脈沖激光焊接的重要參數之一，它既是區別于材料去除和材料熔化的重要參數，也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。

4）離焦量

激光焊接通常需要一定的離焦量

離焦方式有兩種：正離焦與負離焦

焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。

負離焦時，可獲得更大的熔深。焊接薄材料時，宜用正離焦。

5）焊接速度

焊接速度的快慢會影響單位時間內的熱輸入量，焊接速度過慢，則熱輸入量過大，導致工件燒穿，焊接速度過快，則熱輸入量過小，造成工件焊不透。

激光焊接特性

1）屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上；

2）激光束可由平面光學元件（如鏡子）導引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上；

3）激光焊接屬非接觸式焊接，作業過程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用；

4）激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復合焊，實現大熔深焊接，同時熱輸入量比MIG焊大為減小。

圖8）設備組成說明

激光的優缺點

優點：

（1）可將入熱量降到最低的需要量

（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數業經檢定合格，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，機具的耗損及變形皆可降至最低；

（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揮；

（5）工件可放置在封閉的空間

（6）激光束可聚焦在很小的區域，可焊小型且間隔相近的部件；

（7）可焊材質種類范圍大，可接合各種異質材料；

（8）易于以自動化高速焊接，可以數位或電腦控制

（9）焊接薄材或細徑線材時，不像電弧焊易有回熔的困擾；

（10）不受磁場所影響，能精確的對準焊件；

（11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬；

（12）不需真空，亦不需做X射線防護；

（13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達10:1；

（14）可以切換裝置將激光束傳送至多個工作站。

缺點：

（1）焊件位置需非常精確，需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）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；

（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。

國內激光設備生產狀況

目前我國多數激光公司和企業規模較小，投資強度低，沒有形成規模生產。國內領先的激光設備生產廠家有：

長春新產業 、武漢楚天激光 、深圳大族激光、華北光電 、武漢華工激光、 上海團結普瑞瑪。

國外激光設備生產狀況

世界激光器市場可劃分為三大區域：

1.美國（包括北美）占55% ；

2.歐州占22%；

3.日本及太平洋地區占23%。

在世界激光市場上：

激光材料加工設備方面，德國占首位；

激光醫療及激光檢測方面，美國占首位；

光電子技術方面，日本占首位，美國占第二位。

德國企業有：（幾乎占了世界市場的40%）

Rofin-sinar激光公司、

Trumpf 激光技術公司、

Haas 固體激光公司、Lambda Physik公司、

德國的LaserVision公司等

美國企業有：

1.相干公司、2.光譜物理公司、

3.聯合工藝（URTC）公司、4.PRC公司、

5.燃燒工程公司、6.Lumonics公司、

7.Synrad公司、8.MartedLasers公司、

9.Electrox公司10.ESI公司等。

日本企業有：

三菱電氣、松下電氣、Amada、Mazak等公司