在激光焊接工業(yè)中，采用激光焊接不銹鋼材料工件的廠家是非常多的，焊接效果也是非常好的，304不銹鋼材料自然采用激光焊也是很不錯(cuò)的選擇的。

　　不銹鋼采用激光焊的優(yōu)點(diǎn)：

　　與傳統(tǒng)焊接相比，小功率脈沖激光縫焊具有功率密度高、能量集中、熱輸入小、焊縫窄和變形小等優(yōu)點(diǎn)，而且激光束聚焦后可獲得很小的光斑，能精密定位，這些特點(diǎn)使得激光縫焊比其他焊接方法更適合于小尺寸工件的焊接。對(duì)于超薄不銹鋼材料的激光焊接，由于材料很薄，很容易汽化穿孔，要想得到一條連續(xù)的、無(wú)燒穿的焊縫。關(guān)鍵是對(duì)參數(shù)的精確控制。

　　影響到激光焊接質(zhì)量的主要參數(shù)有焊接電流、脈沖寬度、脈沖頻率等，其影響效果主要如下：

　　(1)隨著電流的增大，焊縫的寬度增大，焊接過(guò)程逐漸出現(xiàn)飛濺，焊縫表面出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，并有粗糙感。

　　(2)隨脈沖寬度的增大，焊縫的寬度也在增大。脈寬的變化對(duì)不銹鋼超薄板激光焊接的效果影響非常顯著。脈沖寬度的微小增大，都可能導(dǎo)致試樣被氧化和燒穿。

　　(3)隨脈沖頻率的增加，焊點(diǎn)重疊率增大，焊縫寬度先增大．后基本保持不變。在顯微鏡下觀察，焊縫越來(lái)越光滑美觀。但脈沖頻率增加到一定值時(shí)，焊接過(guò)程飛濺嚴(yán)重，焊縫變得粗糙，并且焊接件的上下表面都出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。

　　(4)超薄板材料的激光焊接適宜采用正離焦，在相同離焦量的情況下，正離焦激光焊得到的焊縫表面比負(fù)離焦時(shí)要光滑美觀。

        詳解激光焊接技術(shù)

　    一、激光基本原理

　　1、LASER是什么意思

　　Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通過(guò)誘導(dǎo)放出實(shí)現(xiàn)光能增幅)的英語(yǔ)縮寫。

　　2、激光產(chǎn)生的原理

　　激光——“受激輻射放大”是通過(guò)強(qiáng)光照射激光發(fā)生介質(zhì)，使介質(zhì)內(nèi)部原子的電子獲得能量，受激而使電子運(yùn)動(dòng)軌道發(fā)生遷移，由低能態(tài)變?yōu)楦吣軕B(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子，受外界輻射感應(yīng)，使處于激發(fā)態(tài)的原子躍遷到低能態(tài)，同時(shí)發(fā)出一束光；這束光在頻率、相位、傳播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此時(shí)的光為受激輻射光。為了得到高能量密度、高指向性的激光，必須要有封閉光線的諧振腔，使觀光束在置于激光發(fā)生介質(zhì)兩側(cè)的反射鏡之間往復(fù)振蕩，進(jìn)而提高光強(qiáng)，同時(shí)提高光的方向。

　　含有釹（ND）的YAG結(jié)晶體發(fā)生的激光是一種人眼看不見的波長(zhǎng)為1.064um的近紅外光。這種光束在微弱的受激發(fā)情況下，也能實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)振。YAG晶體是寶石釔鋁石榴石的簡(jiǎn)稱，具有優(yōu)異的光學(xué)特性，是最佳的激光發(fā)振用結(jié)晶體。

3、滋光的主要特長(zhǎng)

　　a、單色性―激光不是已許多不同的光混一合而成的，它是最純的單色光（彼長(zhǎng)、頻率）

　　b、方向性―橄光傳播時(shí)基本不向外擴(kuò)散。

　　c、相千性－－徽光的位相（波峰和波谷）很有規(guī)律，相干性好。

　　d、高輸出功率一用透鏡聚焦激光后，所得到的能量密度是太陽(yáng)光的幾百倍。

　　二、YAG激光焊接

　　激光焊接是利用激光束優(yōu)異的方向性和高功么密度等特點(diǎn)進(jìn)行工作。通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦在很小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時(shí)間內(nèi)使被焊處形成一個(gè)能量高度集中的熱源區(qū)，從而使被焊物熔化并形成牢固的焊點(diǎn)和焊縫。

　　常用的激光焊接方式有兩種：脈沖激光焊和連續(xù)激光焊。前者主要用于單點(diǎn)固定連續(xù)和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。

　　1、激光焊接加工方法的特征

　　A、非接觸加工，不需對(duì)工件加壓和進(jìn)行表面處理。

　　B、焊點(diǎn)小、能量密度高、適合于高速加工。

　　C、短時(shí)間焊接，既對(duì)外界無(wú)熱影響，又對(duì)材料本身的熱變形及熱影響區(qū)小，尤其適合加工 高熔點(diǎn)、高硬度、特種材料。

　　D、不需要填充金屬、不需要真空環(huán)境（可在空氣中直接進(jìn)行）、不會(huì)像電子束那樣在空氣中 產(chǎn)生X射線的危險(xiǎn)。

　　E、與接觸焊工藝相比．無(wú)電極、工具等的磨損消耗。

　　F、無(wú)加工噪音，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。

　　G、微小工件也可加工。此外，還可通過(guò)透明材料的壁進(jìn)行焊接。

　　H、可通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、普通方法難以達(dá)到的部位、多路同時(shí)或分時(shí)焊接。

　　I、很容易改變激光輸出焦距及焊點(diǎn)位置。

　　J、很容易搭載到自動(dòng)機(jī)、機(jī)器人裝置上。

　　K、對(duì)帶絕緣層的導(dǎo)體可直接進(jìn)行焊接，對(duì)性能相差較大的異種金屬也可焊接。

　　2、脈沖激光焊接的機(jī)理

　　脈沖激光焊接可分為傳熱溶化焊接和深穿入熔化焊接

傳熱溶化焊接是指當(dāng)激光束照射到材料的表面上時(shí)，材料吸收光能而加熱熔化。材料表面層的熱以傳導(dǎo)方式繼續(xù)向材料深處傳遞，直至將兩個(gè)待焊件的接觸面互溶并焊接在一起。

　　深穿入熔化焊接是指當(dāng)更大功率密度的激光束照射到材料上時(shí)，材料被加工熔化以至氣化，產(chǎn)生較大的蒸汽壓，在蒸汽的壓力的作用下，溶化金屬被擠在周圍使照射處（熔池）呈現(xiàn)出一個(gè)凹坑，隨著激光束的繼續(xù)照射，凹坑越來(lái)越深，并穿入到另一個(gè)工件中。激光停止照射后，被排擠在凹坑周圍的溶化金屬重新流回到凹坑里，凝固后將工件焊接在一起。

　　這兩種激光焊接機(jī)理，與功率密度、照射時(shí)間、材料性質(zhì)、焊接方式等因素有關(guān)。當(dāng)功率密度較低、照射時(shí)間較長(zhǎng)而焊件較薄時(shí)，通常以傳熱溶化機(jī)理為主進(jìn)行。反之，則是以深穿入熔化機(jī)理為主進(jìn)行。

　　三、工藝特點(diǎn)及其影響因素

　　1、激光的投入能量密度。調(diào)整激光照射能量密度的方法主要有：

　　A、調(diào)整激光輸出能量（調(diào)整激發(fā)電壓）

　　B、調(diào)整光斑大小（調(diào)節(jié)出射焦距）

　　C、改變光斑中的能量分布（改變光纖類型：峰形輸出型——GI型光纖、梯形輸出型―SI型光纖）

　　D、改變出射脈沖的寬度和波形

　　2、材料反射率

　　大多數(shù)金屬在激光開始照射時(shí)，會(huì)將大部分激光能量反射掉，所以，焊接過(guò)程開始的瞬間，要相應(yīng)提高光束的功率。采用脈沖激光縫悍二藝時(shí)，可以通過(guò)接入引弧板來(lái)保證整個(gè)焊接段的品質(zhì)一致性。當(dāng)金屬表面開始熔化或汽化后，其反射率迅速降低。

　　四、影響材料對(duì)激光束吸收的主要因素

　　1、溫度

　　室溫時(shí)金屬材料兩激光的吸收率一般在20℃以下；當(dāng)金屬溫度達(dá)到烙點(diǎn)產(chǎn)生熔融和氣化后吸收率上升到40~50%；當(dāng)接近沸點(diǎn)時(shí)吸收率可高達(dá)90%。

　　材料的直流電阻率

　　材料對(duì)激光的吸收率與材料的直流電阻率的平方根成正比、與激光彼長(zhǎng)的平方根成反比關(guān)系。

　　2、激光束的入射角

　　入射角越大，吸收率越小。當(dāng)激光垂直于金屬表面照射時(shí)，金屬對(duì)激光的吸收率最大。但通常為了保護(hù)激光出射鏡頭，需要維持一定的入射角。

　　村料的表面狀態(tài)為了低反射率，可在金屬表面涂上薄薄一層全屬粉，但兩者必須是能夠形成合金的。如飯、金、銀可覆蓋薄銳層，此時(shí)在同樣熔深的情況下，焊接所需的能量大約為原來(lái)銅、金、銀所需的四分一。

　　3、聚焦性和離焦量

　　品質(zhì)優(yōu)良的YAG激光焊接裝置，其聚焦性（光斑大小）是通過(guò)裝置本身的光路同軸精度、輸出光纖和出射頭的成像比等來(lái)保證。

以激光出射焦點(diǎn)正好落在工作上面時(shí)的位置為零。離焦量是指焦點(diǎn)離開這個(gè)零點(diǎn)的距離量。焦點(diǎn)位置超過(guò)零點(diǎn)位置時(shí)叫負(fù)離焦（焦點(diǎn)深入到工件內(nèi)部），其距離值為負(fù)離焦量。反之，焦點(diǎn)不到零點(diǎn)的距離數(shù)值為正離焦量。要獲得較大的熔深，可將焦點(diǎn)位置選擇在工件內(nèi)部某一位置上，即采用負(fù)離焦量進(jìn)行焊接。

　　4、焊接的穿入深度

　　脈沖激光焊接時(shí)，主要是以傳熱熔化方式進(jìn)行的。激光束本身對(duì)金屬的直接穿入深度是有限的，其主要取決于材料的導(dǎo)溫系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)大的則穿入深度大），而不是激光器的功率大小。

　　五、維護(hù)及保養(yǎng)

　　1、消耗品的更換

　　純水、離子交換樹脂、水過(guò)濾器、勵(lì)起燈、保護(hù)鏡片

　　2、點(diǎn)檢

　　A、激光發(fā)振調(diào)整

　　B、激光入射調(diào)整

　　C、光纖入射調(diào)整

　　D、能量平衡調(diào)整

　　六、焊接品質(zhì)檢查

　　焊接品質(zhì)的檢驗(yàn)，一般有目視檢驗(yàn)和破壞性檢驗(yàn)兩種方法。

　　目視檢驗(yàn)是對(duì)圖1所示的各個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行檢驗(yàn)。若利用顯微（鏡）照片進(jìn)行金相檢驗(yàn)，則需切斷提取出焊接熔核部分并研磨腐蝕（見圖2所示）。但是，若只經(jīng)過(guò)外觀檢驗(yàn)就下結(jié)論則還不充分，請(qǐng)務(wù)必進(jìn)行一下破壞性實(shí)驗(yàn)。

　　破壞性檢驗(yàn)通常是進(jìn)行撕開實(shí)驗(yàn)，如圖3、4所示，撕開焊接母材進(jìn)行確認(rèn)（一側(cè)出現(xiàn)圓形孔洞，另一側(cè)出現(xiàn)鈕扣狀殘留物）

　　另外，也有利用拉伸儀進(jìn)行拉伸強(qiáng)度檢驗(yàn)的方法。

七、品質(zhì)保證手段

　　電阻點(diǎn)焊方法雖然是最適合于大量生產(chǎn)的焊接手段，但是若品質(zhì)管理不當(dāng)就會(huì)引起巨大的損失。目前，由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)在線非破壞性焊接品質(zhì)檢驗(yàn)，因此有必要加強(qiáng)對(duì)品質(zhì)保證的管理。

　　1、壓力檢測(cè)

　　焊接發(fā)熱量受電極與工件間的接觸電阻的影響極大。焊接過(guò)程中，壓力必須保持不變，因此有必要經(jīng)常用壓力測(cè)試儀對(duì)焊接

　　2、電極研磨

　　焊接次數(shù)的增多，會(huì)使電極表面磨損加重。電極表面粗糙會(huì)引起飛濺和造成工件表面出現(xiàn)糙痕，影響工件外觀，因此有必要多準(zhǔn)備些研磨好的電極，根據(jù)焊接次數(shù)適當(dāng)?shù)馗鼡Q電極。使用新電極之前先用作廢的工件進(jìn)行調(diào)試為好。

　　3、電極過(guò)熱

　　電極過(guò)熱不僅會(huì)縮短電極的壽命而且會(huì)導(dǎo)致工件焊接品質(zhì)不均一。

　　4、工件精度

　　因忽略了工件厚度、鍍層厚度、金屬成分等的變化而導(dǎo)致焊接不良品出現(xiàn)的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。工件本身的品質(zhì)是否安定也是影響焊接品質(zhì)的重要因素。

　　5、電流監(jiān)測(cè)

　　電流監(jiān)測(cè)對(duì)焊接是必不可少的。影響電流變化的因素主要有：電源電壓的波動(dòng)、焊接機(jī)超載使用而引起的過(guò)熱使電流輸出減少、工件接觸不良導(dǎo)致電流減少、焊接機(jī)性能不良等。

　　為了防止上述原因引起的不良焊接結(jié)果，很有必要經(jīng)常對(duì)焊接電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)。若能確保對(duì)焊接電流的監(jiān)測(cè)，則可較容易地發(fā)現(xiàn)其他影響焊接品質(zhì)的因索之變化原因，從而進(jìn)一步提高焊接品質(zhì)的信賴性。

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2015-0706