1  <1>, 激光焊接機又常稱為激光焊機、鐳射焊接機、鐳射焊機、激光冷焊機、激光氬焊機、激光焊接設(shè)備等。按其工作方式常可分為激光模具燒焊機（手動激光焊接設(shè)備）、自動激光焊接機、激光點焊機、光纖傳輸激光焊接機、振鏡焊接機、手持式焊接機等，專用激光焊接設(shè)備有傳感器焊機、矽鋼片激光焊接設(shè)備、鍵盤激光焊接設(shè)備。

激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區(qū)域內(nèi)的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導(dǎo)向材料的內(nèi)部擴散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，主

要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現(xiàn)點焊、對接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質(zhì)量高，無氣孔，可精確控制，聚焦光點小，定位精度高，易實現(xiàn)自動化。

   <2>,激光焊接的應(yīng)用及激光焊接的主要特性

　　激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優(yōu)點，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。

高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔焊接，在機械、汽車、鋼鐵等工業(yè)領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。

與其它焊接技術(shù)相比，激光焊接的主要優(yōu)點是：

　　1、速度快、深度大、變形小。

　　2、能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；激光在真空、空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)�光束透明的材料進行焊接。

　　3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。

　　4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。

　　5、可進行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。

6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來，在YAG激光加工技術(shù)中采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣和應(yīng)用。

　　7、激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

但是，激光焊接也存在著一定的局限性：

　　1、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因為激光聚焦后光斑尺寸小，焊縫窄，未加填充金屬材料。如工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺陷。

　　2、激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性投資較大。

2   激光焊接熱傳導(dǎo)

　　激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，使金屬熔化進行焊接。在激光與金屬的相互作用過程中，金屬熔化僅為其中一種物理現(xiàn)象。有時光能并非主要轉(zhuǎn)化為金屬熔化，而以其它形式表現(xiàn)出來，如汽化、等離子體形成等。然而，要實現(xiàn)良好的熔融焊接，必須使金屬熔化成為能量轉(zhuǎn)換的主要形式。為此，必須了解激光與金屬相互作用中所產(chǎn)生的各種物理現(xiàn)象以及這些物理現(xiàn)象與激光參數(shù)的關(guān)系，從而通過控制激光參數(shù)，使激光能量絕大部分轉(zhuǎn)化為金屬熔化的能量，達到焊接的目的。

3   激光焊接的工藝參數(shù)

3．1 功率密度

功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)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

、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度的范圍為104~106W/cm2。

3．2 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，尤其對于薄板焊接更為重要。當(dāng)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，且反射率隨表面溫度而變化。在一個激光脈沖作用期間，金屬反射率的變化很大。

3．3 激光脈沖寬度

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

3．4 離焦量對焊接質(zhì)量的影響

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(fā)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2種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦量相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)部分汽化，形成蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。

4  激光焊接工藝方法

4．1 片與片間的焊接

包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4種工藝方法。

4．2 絲與絲的焊接

包括絲與絲對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。

4．3 金屬絲與塊狀元件的焊接

采用激光焊接可以成功地實現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，塊狀元件的尺寸不限。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。

4．4 不同金屬的焊接。

焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍。不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。

5  激光釬焊

有些元件的連接不宜采用激光熔焊，但可利用激光作為熱源，施行軟釬焊與硬釬焊，同樣具有激光熔焊的優(yōu)點。采用釬焊的方式有多種，其中，激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接，尤其實用于片狀元件組裝技術(shù)。采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點：

5．1 由于是局部加熱，元件不易產(chǎn)生熱損傷，熱影響區(qū)小，因此可在熱敏元件附近施行軟釬焊。

5．2 用非接觸加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上雙面元件裝備后加工。

5．3 重復(fù)操作穩(wěn)定性好。焊劑對焊接工具污染小，且激光照射時間和輸出功率易于控制，激光釬焊成品率高。

5．4 激光束易于實現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學(xué)元件進行時間與空間分割，能實現(xiàn)多點同時對稱焊。

5．5 激光釬焊多用波長1.06um的激光作為熱源，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進行加工，靈活性好。

5．6 聚焦性好，易于實現(xiàn)多工位裝置的自動化。

6   激光深熔焊

6．1 冶金過程及工藝?yán)碚?/SPAN>

　　激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似，即能量轉(zhuǎn)換機制是通過“小孔”結(jié)構(gòu)來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。這個充滿蒸汽的小孔猶如一個黑體，幾乎全部吸收入射光線的能量，孔腔內(nèi)平衡溫度達25000度左右。熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來，使包圍著這個孔腔的金屬熔化。小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬，液態(tài)金屬四周即圍著固體材料。孔壁外液體流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。光束不斷進入小孔，小孔外材料在連續(xù)流動，隨著光束移動，小孔始終處于流動的穩(wěn)定態(tài)。就是說，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導(dǎo)光束前進速度向前移動，熔融金屬填充著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。

6．2 影響因素

　　對激光深熔焊產(chǎn)生影響的因素包括：激光功率，激光束直徑，材料吸收率，焊接速度，保護氣體，透鏡焦長，焦點位置，激光束位置，焊接起始和終止點的激光功率漸升、漸降控制。

6．3 激光深熔焊的特征及優(yōu)點

　　特征：（1）高的深寬比。因為熔融金屬圍著圓柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工件，焊縫就變得深而窄。（2）最小熱輸入。因為源腔溫度很高，熔化過程發(fā)生得極快，輸入工件熱量極低，熱變形和熱影響區(qū)很小。（3）高致密性。因為充滿高溫蒸汽的小孔有利于熔池攪拌和氣體逸出，導(dǎo)致生成無氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化。（4）強固焊縫。（5）精確控制。（6）非接觸，大氣焊接過程。

　　優(yōu)點：（1）由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度，導(dǎo)致焊接速度快，熱影響區(qū)和變形都較小，還可以焊接鈦、石英等難焊材料。（2）因為光束容易傳輸和控制，又不需要經(jīng)常更換焊炬、噴嘴，顯著減少停機輔助時間，所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。（3）由于純化作用和高的冷卻速度，焊縫強，綜合性能高。（4）由于平衡熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用。另外，激光焊接的動轉(zhuǎn)費用也比較低，可以降低生產(chǎn)成本。（5）容易實現(xiàn)自動化，對光束強度與精細(xì)定位能進行有效的控制。

6．4   激光深熔焊設(shè)備

激光深熔焊通常選用連續(xù)波CO2激光器，這類激光器能維持足夠高的輸出功率，產(chǎn)生“小孔”效應(yīng)，熔透整個工件截面，形成強韌的焊接接頭。就激光器本身而言，它只是一個能產(chǎn)生可作為熱源、方向性好的平行光束的裝置。如果把它導(dǎo)向和有效處理后射向工件，其輸入功率就具有強的相容性，使之能更好的適應(yīng)自動化過程。為了有效實施焊接，激光器和其他一些必要的光學(xué)、機械以及控制部件一起共同組成一個大的焊接系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括激光器、光束傳輸組件、工件的裝卸和移動裝置，還有控制裝置。這個系統(tǒng)可以是僅由操作者簡單地手工搬運和固定工件，也可以是包括工件能自動的裝、卸、固定、焊接、檢驗。這個系統(tǒng)的設(shè)計和實施的總要求是可獲得滿意的焊接質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。

7   鋼鐵材料的激光焊接

7．1 碳鋼及普通合金鋼的激光焊接

總的說，碳鋼激光焊接效果良好，其焊接質(zhì)量取決于雜質(zhì)含量。就像其它焊接工藝一樣，硫和磷是產(chǎn)生焊接裂紋的敏感因素。為了獲得滿意的焊接質(zhì)量，碳含量超過0.25%時需要預(yù)熱。當(dāng)不同含碳量的鋼相互焊接時，焊炬可稍偏向低碳材料一邊，以確保接頭質(zhì)量。低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高，并不適合激光焊接。低碳鎮(zhèn)靜鋼由于低的雜質(zhì)含量，焊接效果就很好。中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進行良好的激光焊接，但需要預(yù)熱和焊后處理，以消除應(yīng)力，避免裂紋形成。

7．2 不銹鋼的激光焊接

一般的情況下，不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于獲得優(yōu)質(zhì)接頭。由于高的焊接速度熱影響區(qū)很小，敏化不成為重要問題。與碳鋼相比，不銹鋼低的熱導(dǎo)系數(shù)更易于獲得深熔窄焊縫。

7．3不同金屬之間的激光焊接

激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區(qū)，為許多不同金屬焊接融化后有不同結(jié)構(gòu)的材料相容創(chuàng)造了有利條件。現(xiàn)已證明以下金屬可以順利進行激光深熔焊接：不銹鋼~低碳鋼， 416不銹鋼~310不銹鋼，347不銹鋼~HASTALLY

  <3>, 激光焊接技術(shù)

激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優(yōu)點，已成功地應(yīng)用于微、小型零件焊接中。高功率CO2及高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接的新領(lǐng)域。獲得了以小孔效應(yīng)為理論基礎(chǔ)的深熔接，在機械、汽車、鋼鐵等工業(yè)部門獲得了日益廣泛的應(yīng)用。手機電池薄壁焊接 不銹鋼焊接與其它焊接技術(shù)比較，激光焊接的主要優(yōu)點是：激光焊接速度快、深度大、變形小。能在室溫或特殊的條件下進行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會偏移；激光在空氣及某種氣體環(huán)境中均能施焊，并能通過玻璃或?qū)�光束透明的材料進行焊接。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。可焊接難熔材料如鈦、石英等，并能對異性材料施焊，效果良好。便如，將銅和鉭兩種性質(zhì)截然不同的材料焊接在一起，合格率幾乎達百分之百。也可進行微型焊接。激光束經(jīng)聚焦后可獲得很小的光斑，且能精密定位，可應(yīng)用于大批量自動化生產(chǎn)的微、小型元件的組焊中，例如，集成電路引線、鐘表游絲、顯像管電子槍組裝等由于采用了激光焊，不僅生產(chǎn)效率大、高，且熱影響區(qū)小，焊點無污染，大大提高了焊接的質(zhì)量。可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接，具有很大的靈活性。在YAG激光技術(shù)中采用光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接技術(shù)獲得了更為廣泛的推廣與應(yīng)用。 激光束易實現(xiàn)光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

2014-0015

方圓激光www.blz520.com