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激光焊接工艺 原理特点

一、激光焊原理

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现,激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105~107 W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。 
  其中热传导型激光焊接原理为:激光辐射加热待加工表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数,使工件熔化,形成特定的熔池。 
  用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。 
  激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接,其冶金物理过程与电子束焊接极为相似,即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下,材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体,几乎吸收全部的入射光束能量,孔腔内平衡温度达2500 0C左右,热量从这个高温孔腔外壁传递出来,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽,小孔四壁包围着熔融金属,液态金属四周包围着固体材料(而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中,能量首先沉积于工件表面,然后靠传递输送到内部)。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔,小孔外的材料在连续流动,随着光束移动,小孔始终处于流动的稳定状态。就是说,小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动,熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快,使焊接速度很容易达到每分钟数米。

二、激光焊接特点

    ( 1) 能量密度高、适合于高速焊接。

    ( 2) 焊接时间短、材料本身的热变形及热影响区小,尤其适合高熔点、高硬度加工。

    ( 3) 无电极、工具等的磨损消耗。

    ( 4) 对环境无污染。

    ( 5) 可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。

    ( 6) 很容易改变激光输出焦距及焊点位置。

    ( 7) 很容易搭载到机器人装置上。


    激光复合焊接技术具有显著的优点。对于激光复合焊接,优点主要体现在: 无烧穿时焊缝背面下垂的现象,适用范围更广;对于激光- MIG 焊接,优点主要体现在: 较高的焊接速度、熔焊深度大、产生的焊接热少、焊缝的强度高、焊缝宽度小及焊缝凸出小,从而使得整个系统的生产过程稳定性好,设备可用性好及焊缝准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小,焊接生产工时短、费用低、生产效率高。


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