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)性強等優(yōu)點。焊接時無機械接觸，有利于實現(xiàn)在線質(zhì)量監(jiān)控和自動化生產(chǎn)，經(jīng)濟效益顯著。隨著航空航天、微電子、醫(yī)療及核工業(yè)等的迅猛發(fā)展，對材料性能要求也越來越高，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，世界上第一臺激光器問世于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、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、激光焊原理及分類一、激光焊原理及分類（一）激光焊的原理激光焊接時，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，一部分進入材料內(nèi)部。對于不透明材料，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)上是光波的電磁場與材料相互作用的結(jié)果。

4、激光光波入射材料時，材料中的帶電粒子依著光波電矢量的步調(diào)振動，使光子的輻射能變成了電子的動能。物質(zhì)吸收激光后，首先產(chǎn)生的是某些質(zhì)點的過量能量，如自由電子的動能，束縛電子的激發(fā)能或者還有過量的聲子。這些原始激發(fā)能經(jīng)過一定過程再轉(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（光子強度）、高單色性和高相干性。激光加工時，材料吸收的光能向熱能的轉(zhuǎn)換是在極短的時間（約為10－9

5、s）內(nèi)完成的。在這個時間內(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較薄，激光焊形成的小孔貫穿整個板厚且背面可以接收到部分激光，這種方法也可稱之為薄板激光小孔效應(yīng)焊。從機理上看，這兩種焊接方法的前提都是焊接時存在小孔，二者沒有本質(zhì)的區(qū)別。小孔周圍被熔池金屬所包圍，熔化金屬的重力及表面張力有使小孔彌合的趨勢，而連續(xù)產(chǎn)生的金屬蒸氣則力圖維持小孔的存在。隨光束的運動，小孔將隨著光束運動，但其形狀和尺寸卻是穩(wěn)定的。

6、小孔的前方形成一個傾斜的燒蝕前沿。在這個區(qū)域，小孔的周圍存在壓力梯度和溫度梯度。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。溫度梯度沿小孔的周邊建立了一個前面大后面小的表面張力，這就進一步驅(qū)使熔融材料繞小孔周邊由前沿向后沿流動，最后在小孔后方凝固起來形成焊縫。激光焊焊接時伴有聲音和顏色的變化，可據(jù)此監(jiān)控焊接過程。二、激光焊的特點及應(yīng)用二、激光焊的特點及應(yīng)用（一）激光焊的特點激光焊是利用高能量密度的激光束作為熱源進行焊接的一

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。1、聚焦后的功率密度可達105～107Wcm2，甚至更高，加熱集中，完成單位長度、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，可進行遠(yuǎn)距離或一些難以接近的部位的焊接；激光可通過光導(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，焊接厚件時可不開坡口一次成形。激光焊縫的深寬比目前已達12：1，不開坡口單道焊接鋼板的厚度已達50mm；4、一臺激光器可供多個工作臺進行不同的工作，既可用于焊接，又可用于切割、合金化和熱處理，一機多用；5、適宜于難熔金屬、熱敏感性強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、可穿過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進行焊接；