2第二章激光焊

1、56第2章激光焊激光焊（LaserWelding）以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。它具有高能量密度、深穿透性、高精度、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。焊接時(shí)無(wú)機(jī)械接觸，有利于實(shí)現(xiàn)在線質(zhì)量監(jiān)控和自動(dòng)化生產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著航空航天、微電子、醫(yī)療及核工業(yè)等的迅猛發(fā)展，對(duì)材料性能要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的焊接方法難以滿足要求，激光焊日益得到廣泛應(yīng)用。第一節(jié)第一節(jié)概述激光是20世紀(jì)最偉大的發(fā)明之一，世界上第一臺(tái)激光器問(wèn)世于1960年。激

2、光（Laser）是英文光受激輻射放大（LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation）的首字母縮寫(xiě)詞。激光利用輻射激發(fā)光放大原理而產(chǎn)生一種單色、方向性強(qiáng)、光亮度大的光束。經(jīng)透射或反射鏡聚焦后可獲得直徑小于0.01mm、功率密度高達(dá)1018W／m2的能束，可用作焊接、切割及材料表面處理的熱源。一、激光焊原理及分類(lèi)一、激光焊原理及分類(lèi)（一）激光焊的原理激光焊接時(shí)，激光照射到被焊接材料的表面

3、，與其發(fā)生作用，一部分被反射，一部分進(jìn)入材料內(nèi)部。對(duì)于不透明材料，透射光被吸收，金屬的線性吸收系數(shù)約為107～108m－1。對(duì)于金屬，激光在金屬表面0.01～0.1μm的厚度中被吸收轉(zhuǎn)變成熱能，導(dǎo)致金屬表面溫度升高，再傳向金屬內(nèi)部。激光焊接的原理是：光子轟擊金屬表面形成蒸氣，蒸發(fā)的金屬可防止剩余能量被金屬反射掉。如果被焊金屬有良好的導(dǎo)熱性能，則會(huì)得到較大的熔深。激光在材料表面的反射、透射和吸收，本質(zhì)上是光波的電磁場(chǎng)與材料相互作用的結(jié)果。

4、激光光波入射材料時(shí)，材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動(dòng)，使光子的輻射能變成了電子的動(dòng)能。物質(zhì)吸收激光后，首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點(diǎn)的過(guò)量能量，如自由電子的動(dòng)能，束縛電子的激發(fā)能或者還有過(guò)量的聲子。這些原始激發(fā)能經(jīng)過(guò)一定過(guò)程再轉(zhuǎn)化為熱能。激光是一種嶄新的光源，它除了與其他光源一樣是一種電磁波外，還具有其他光源不具備的特性，如高方向性、高亮度（光子強(qiáng)度）、高單色性和高相干性。激光加工時(shí)，材料吸收的光能向熱能的轉(zhuǎn)換是在極短的時(shí)間（約為10－9

5、s）內(nèi)完成的。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，熱能僅僅局限于材料的激光輻照區(qū)，而后通58如果激光功率足夠大而材料相對(duì)較薄，激光焊形成的小孔貫穿整個(gè)板厚且背面可以接收到部分激光，這種方法也可稱(chēng)之為薄板激光小孔效應(yīng)焊。從機(jī)理上看，這兩種焊接方法的前提都是焊接時(shí)存在小孔，二者沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。小孔周?chē)蝗鄢亟饘偎鼑?，熔化金屬的重力及表面張力有使小孔彌合的趨?shì)，而連續(xù)產(chǎn)生的金屬蒸氣則力圖維持小孔的存在。隨光束的運(yùn)動(dòng)，小孔將隨著光束運(yùn)動(dòng)，但其形狀和尺寸卻是穩(wěn)定的。

6、小孔的前方形成一個(gè)傾斜的燒蝕前沿。在這個(gè)區(qū)域，小孔的周?chē)嬖趬毫μ荻群蜏囟忍荻?。在壓力梯度的作用下，燒熔材料繞小孔的周邊由前沿向后沿流動(dòng)。溫度梯度沿小孔的周邊建立了一個(gè)前面大后面小的表面張力，這就進(jìn)一步驅(qū)使熔融材料繞小孔周邊由前沿向后沿流動(dòng)，最后在小孔后方凝固起來(lái)形成焊縫。激光焊焊接時(shí)伴有聲音和顏色的變化，可據(jù)此監(jiān)控焊接過(guò)程。二、激光焊的特點(diǎn)及應(yīng)用二、激光焊的特點(diǎn)及應(yīng)用（一）激光焊的特點(diǎn)激光焊是利用高能量密度的激光束作為熱源進(jìn)行焊接的一

7、種高效精密的焊接方法。采用激光焊，不僅生產(chǎn)率高于傳統(tǒng)的焊接方法，而且焊接質(zhì)量也得到了顯著提高。與一般焊接方法相比，激光焊具有如下特點(diǎn)。1、聚焦后的功率密度可達(dá)105～107Wcm2，甚至更高，加熱集中，完成單位長(zhǎng)度、單位厚度工件焊接所需的熱輸入低，因而工件產(chǎn)生的變形極小，熱影響區(qū)也很窄，特別適宜于精密焊接和微細(xì)焊接；2、激光能發(fā)射、透射，能在空間傳播相當(dāng)距離而衰減很小，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離或一些難以接近的部位的焊接；激光可通過(guò)光導(dǎo)纖維、棱鏡等光

8、學(xué)方法彎曲傳輸、偏轉(zhuǎn)、聚焦，特別適合于微型零件、難以接近的部位或遠(yuǎn)距離的焊接；3、可獲得深寬比大的焊縫，焊接厚件時(shí)可不開(kāi)坡口一次成形。激光焊縫的深寬比目前已達(dá)12：1，不開(kāi)坡口單道焊接鋼板的厚度已達(dá)50mm；4、一臺(tái)激光器可供多個(gè)工作臺(tái)進(jìn)行不同的工作，既可用于焊接，又可用于切割、合金化和熱處理，一機(jī)多用；5、適宜于難熔金屬、熱敏感性強(qiáng)的金屬以及熱物理性能差異懸殊、尺寸和體積懸殊工件間的焊接；6、可穿過(guò)透明介質(zhì)對(duì)密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行焊接；