帶你了解激光焊接

激光焊接是利用激光的輻射能量來實現有效焊接的工藝，其工作原理是：通過特定的方式來激勵激光活性介質（如CO2和其他氣體的混合氣體、YAG釔鋁石榴石晶體等），使其在諧振腔中往復振蕩，從而形成受激輻射光束，當光束與工件接觸時，其能量被工件吸收，在溫度達到材料熔點時便可進行焊接。




 
激光焊接可分為熱傳導焊和深熔焊，前者的熱量通過熱傳遞向工件內部擴散，只在焊縫表面產生熔化現象，工件內部沒有完全熔透，基本不產生汽化現象，多用于低速薄壁材料的焊接；后者不但完全熔透材料，還使材料汽化，形成大量等離子體，由于熱量較大，熔池前端會出現匙孔現象。深熔焊能夠徹底焊透工件，且輸入能量大、焊接速度快，是目前使用最廣泛的激光焊接模式。



激光焊接的好處優點



① 采用激光焊接可以獲得高質量的接頭強度和較大的深寬比，且焊接速度比較快。
② 由于激光焊接不需真空環境，因此通過透鏡及光纖，可以實現遠程控制與自動化生產。
③ 激光具有較大的功率密度，對難焊材料如鈦、石英等有較好的焊接效果，并能對不同性能材料施焊。
④ 可進行微型焊接。激光束經聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應用于大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。



激光焊接的缺點



① 激光器及焊接系統各配件的價格較為昂貴，因此初期投資及維護成本比傳統焊接工藝高，經濟效益較差。
② 由于固體材料對激光的吸收率較低，特別是在出現等離子體后（等離子體對激光具有吸收作用），因此激光焊接的轉化效率普遍較低（通常為5％～30％）。
③ 由于激光焊接的聚焦光斑較小，對工件接頭的裝備精度要求較高，很小的裝備偏差就會產生較大的加工誤差。







激光焊接對人有害嗎？



焊接機發出的激光的不可見性和能量太高，非專業人員別去接觸激光源，否則很危險。另外激光也屬于電磁波，但是焊機用的激光波長都很大，所以沒有紫外線之類短波長光波的輻射危害。



焊接過程中會產生許多氣體，但大多是惰性氣體，沒啥毒性，但也要看焊接材料的不同區別對待，最好做好防護措施，減少氣體吸入。



焊接機發出的激光幾乎沒有輻射危害，但是焊接過程中會有電離輻射和受激輻射，最好在焊接過程中遠離焊接部位。這種被誘發的輻射這種不乏短波，而且對眼睛，身體影響不小，最好遠離焊點。近距離作業要盡量做好防護措施如佩戴呼吸護具，穿輻射防護服，帶眼罩。



激光焊接的重要參數



功率密度：
功率密度是激光加工中最關鍵的參數之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內，表層即可加熱至沸點，產生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻十分有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。
 
激光脈沖波形：
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，尤其是金、銀、銅、鋁、鈦等材料反射強、傳熱快。一個激光脈沖訊號過程中，金屬的反射率隨時間而變化。當材料表面溫度升高到熔點時，反射率會迅速下降，當表面處于熔化狀態時，反射穩定于某一值。?
 
激光脈沖寬度：
脈寬是脈沖激光焊接的重要參數。脈寬由熔深與熱影響分區確定，脈寬越長熱影響區越大，熔深隨脈寬的1/2?次方增加。但脈沖寬度的增大會降低峰值功率，因此增加脈沖寬度一般用于熱傳導焊接方式，形成的焊縫尺寸寬而淺，尤其適合薄板和厚板的搭接焊。


但是，較低的峰值功率會導致多余的熱輸入，每種材料都有一個可使熔深達到最大的最佳脈沖寬度。
 
離焦量：
激光焊接通常需要一定的離焦量，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。


 
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。按幾何光學理論，當正負離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應平面上的功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀有一定差異。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。


 
焊接速度：
焊接速度對熔深有較大的影響，提高速度會使熔深變淺，但速度過低又會導致材料過度熔化、工件焊穿。因此，對一定激光功率和一定厚度的特定材料有一個合適的焊接速度范圍，并在其中相應速度值時可獲得最大熔深。


 
保護氣體：
激光焊接過程常使用惰性氣體來保護熔池，對大多數應用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護。保護氣體的第二個作用是保護聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射，在高功率激光焊接時，噴出物非常有力，此時保護透鏡則更為必要。保護氣體的第三個作用是可以有效驅散高功率激光焊接產生的等離子屏蔽。金屬蒸氣吸收激光束電離成等等離子體，如果等離子體存在過多，激光束在某種程度上會被等離子體消耗掉。