激(ji)光(guang)(guang)(guang)焊(han)是(shi)以聚(ju)焦(jiao)的(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)束作為能(neng)源轟擊焊(han)件所產生的(de)熱量(liang)(liang)(liang)進行焊(han)接(jie)的(de)方(fang)法，在20世(shi)紀60年代(dai)才(cai)用于(yu)實踐。激(ji)光(guang)(guang)(guang)是(shi)目(mu)前世(shi)界上(shang)最亮(liang)的(de)光(guang)(guang)(guang)。二氧(yang)化碳激(ji)光(guang)(guang)(guang)的(de)亮(liang)度(du)比(bi)太陽(yang)光(guang)(guang)(guang)亮(liang)8個(ge)(ge)數(shu)量(liang)(liang)(liang)級，而高(gao)功(gong)率釹玻璃激(ji)光(guang)(guang)(guang)則(ze)比(bi)太陽(yang)光(guang)(guang)(guang)亮(liang)16個(ge)(ge)數(shu)量(liang)(liang)(liang)級。激(ji)光(guang)(guang)(guang)的(de)方(fang)向性很好，它(ta)能(neng)傳播到很遠(yuan)的(de)距離，且(qie)擴散面積小，接(jie)近于(yu)理想的(de)平行光(guang)(guang)(guang)。同時，激(ji)光(guang)(guang)(guang)為單色光(guang)(guang)(guang)，它(ta)的(de)發光(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)譜寬度(du)很狹窄，比(bi)氪燈的(de)光(guang)(guang)(guang)譜窄幾(ji)個(ge)(ge)數(shu)量(liang)(liang)(liang)級，聚(ju)焦(jiao)后(hou)在焦(jiao)點上(shang)的(de)功(gong)率密度(du)比(bi)普通(tong)的(de)焊(han)接(jie)熱源也大幾(ji)個(ge)(ge)數(shu)量(liang)(liang)(liang)級。基于(yu)激(ji)光(guang)(guang)(guang)有上(shang)述特點，它(ta)已(yi)經成為一(yi)種十分(fen)理想的(de)焊(han)接(jie)和切(qie)割的(de)熱源。


1. 激光焊特點


與一般的焊(han)接方法相比，激光焊(han)有(you)以下一些(xie)特點。


  ①. 聚(ju)焦(jiao)后(hou)的激光具有(you)很(hen)高的功率密度(du)，焊接以深熔方式(shi)進(jin)行。


  ②. 激光的加熱范(fan)圍小（＜1mm),熱量集中，焊接速度提高，使焊接殘余應力和焊后擦(ca)浴變(bian)形減(jian)小。


  ③. 激光能反射、透射，在空(kong)間傳播相當距離后能量衰減很(hen)小，可(ke)以進(jin)行(xing)遠距離或(huo)一些難以接(jie)近部位(wei)的焊接(jie)。


  ④. 與電子束焊(han)(han)接(jie)相比，激(ji)光焊(han)(han)不需要真空室，也(ye)不會(hui)產生X射線(xian)，但可以(yi)焊(han)(han)接(jie)厚(hou)度比電子束焊(han)(han)小，且大(da)功率激(ji)光發射器的(de)結構比電子束更為復雜(za)，一次性投資更高。



2. 激光焊(han)的焊(han)接(jie)藝


  ①. 接頭(tou)形式(shi)


 圖3-7所示為固體激光點焊(han)(han)典型焊(han)(han)接接頭形(xing)式，二氧化(hua)碳激光焊(han)(han)焊(han)(han)接接頭形(xing)式見圖3-8.通(tong)常采用對接接頭形(xing)式。裝(zhuang)配時必須施加一個裝(zhuang)配壓(ya)力(li)，使(shi)得焊(han)(han)件(jian)之間的間隙(xi)越小(xiao)越好。


圖 7.jpg


  ②. 激光焊(han)的(de)焊(han)接(jie)參數


 激光焊的(de)焊接參數與(yu)激光功(gong)率、氣(qi)體保護、離焦量、光斑直徑。焊接速度(du)、脈(mo)沖(chong)寬度(du)、脈(mo)沖(chong)頻率等均(jun)有關。其中氣(qi)體保護用(yong)氨能使熔深加深，如(ru)果在氦氣(qi)里加少量氬氣(qi)或氧氣(qi)更(geng)能進一步提高(gao)熔深。


  保護氣體的作用(yong)：a. 保護焊接接頭不被空氣污染。保護氣體一般都用惰性氣體，或為提高熔深在惰性氣體中加入少量氧氣。b. 保護聚焦透鏡。因為在焊接過程中會產生金屬蒸氣，以及液體金屬的濺射。這樣產生的金屬蒸氣以及濺射的液體金屬會污染聚焦透鏡，但焊接區里以一定速度流向工件的保護氣體會將蒸氣以及濺射物帶向焊件，從而防止污染聚焦透鏡。c.驅散等離子的屏障。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子體云，金屬蒸氣周圍的保護氣體也會受熱電離。如果把保護氣體吹向焊接區，等離子云就會被抑制。


  離焦量：按照幾何光學理論，當正負離焦量相等時，所對應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。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。當負離焦時，材料內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。所以在實際應用中，當要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。


  光斑直徑：光束斑點大小是激光焊的重要變量之一，因為它決定功率密度。


  焊(han)接速度(du)：在焊接薄材料時，使用正離焦。在激光功率、脈沖頻率、脈沖寬度不變的情況下，焊接速度減小，焊縫的寬度也變窄，同時焊縫也變得均勻，沒有明顯的魚鱗狀。


  脈沖寬(kuan)度：焊接薄板時，使用正離焦。在激光功率、脈沖頻率、焊接速度不變的情況下脈沖寬度增大時，焊縫寬度隨時減小。焊縫比較均勻，沒有明顯的凹凸。因為熱影響區與脈寬有關，脈寬越寬，熱影響區越大，由此可見，增大脈沖寬度雖有利于獲得較窄的焊縫，但同時卻增大了熱影響區，因此在實際焊接中要根據實際需要選擇合理的脈沖寬度。


  脈沖頻率：在焊接薄件時，使用正離焦。在激光功率、脈沖頻率、焊接速度不變的情況下，脈沖頻率減小時，焊縫金屬更均勻，魚鱗結構變得細化。


   采用(yong)(yong)功率(lv)為500W、最(zui)(zui)大功率(lv)密度(du)(du)(du)為5.7x105W/c㎡的YAG激光可(ke)實現厚度(du)(du)(du)為1mm的18-8奧氏體(ti)不(bu)銹鋼的激光焊(han)(han)(han)接。單面(mian)焊(han)(han)(han)接時深度(du)(du)(du)可(ke)達到0.5mm左右，因(yin)此(ci)采用(yong)(yong)雙面(mian)焊(han)(han)(han)可(ke)保證不(bu)銹鋼能焊(han)(han)(han)透。焊(han)(han)(han)接速(su)度(du)(du)(du)、脈沖(chong)(chong)寬度(du)(du)(du)以及脈沖(chong)(chong)頻(pin)率(lv)是影響(xiang)焊(han)(han)(han)縫形貌(mao)的主要因(yin)素。三者最(zui)(zui)佳組合是焊(han)(han)(han)接速(su)度(du)(du)(du)不(bu)高于2mm/s,脈沖(chong)(chong)寬度(du)(du)(du)為0.3ms,脈沖(chong)(chong)頻(pin)率(lv)為9Hz。


 激光焊的焊接參數：用激光焊焊接奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼時，從薄板到中厚度（0.1~12mm),均可達到性能良好，且焊接接頭外觀成形美觀的目的。表3-29 給出了用脈沖激光焊焊接301不銹鋼絲與絲的焊接參數及接頭性能，表3-30為二氧化碳激光焊焊接不銹(xiu)鋼(gang)的焊接參數。


 表3-29 用脈沖激光焊焊接(jie)301不銹鋼(gang)絲與(yu)絲的焊接(jie)參數及接(jie)斗性能(neng)






注：302不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)當(dang)于我(wo)國(guo)1Cr18Ni9鋼(gang)(gang)；321不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)當(dang)于我(wo)國(guo)0Cr18Ni10Ti鋼(gang)(gang)；17-7PH不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)相(xiang)(xiang)當(dang)于我(wo)國(guo)0Cr17Ni7A1鋼(gang)(gang)。