激光(guang)(guang)焊(han)是以(yi)聚(ju)焦(jiao)的(de)(de)(de)(de)激光(guang)(guang)束(shu)作為(wei)能源(yuan)轟擊焊(han)件所產生的(de)(de)(de)(de)熱量進(jin)行焊(han)接(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)方法，在20世紀60年代才(cai)用于實踐。激光(guang)(guang)是目前世界上最亮(liang)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)。二氧(yang)化碳激光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)亮(liang)度比(bi)(bi)太陽光(guang)(guang)亮(liang)8個(ge)數量級(ji)(ji)，而(er)高功率(lv)(lv)釹(nv)玻璃激光(guang)(guang)則比(bi)(bi)太陽光(guang)(guang)亮(liang)16個(ge)數量級(ji)(ji)。激光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)方向性很好，它(ta)(ta)能傳(chuan)播(bo)到很遠的(de)(de)(de)(de)距離，且擴散面積小，接(jie)(jie)近于理(li)想的(de)(de)(de)(de)平行光(guang)(guang)。同時，激光(guang)(guang)為(wei)單色光(guang)(guang)，它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)發光(guang)(guang)光(guang)(guang)譜(pu)寬度很狹窄(zhai)，比(bi)(bi)氪燈(deng)的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)譜(pu)窄(zhai)幾(ji)個(ge)數量級(ji)(ji)，聚(ju)焦(jiao)后(hou)在焦(jiao)點(dian)上的(de)(de)(de)(de)功率(lv)(lv)密(mi)度比(bi)(bi)普通的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)熱源(yuan)也大幾(ji)個(ge)數量級(ji)(ji)。基于激光(guang)(guang)有上述(shu)特(te)點(dian)，它(ta)(ta)已經成為(wei)一(yi)種十分理(li)想的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)(jie)和切割的(de)(de)(de)(de)熱源(yuan)。


1. 激光焊特點(dian)


與一般(ban)的焊接方(fang)法(fa)相比，激光焊有以下一些特點。


  ①. 聚焦后的激(ji)光具(ju)有很高的功率密度，焊接以深熔(rong)方式進行。


  ②. 激(ji)光的加熱范(fan)圍小（＜1mm),熱量集中，焊接速度提高，使焊接殘(can)余應力和(he)焊后擦浴變(bian)形(xing)減(jian)小。


  ③. 激光能反射(she)、透射(she)，在空間傳播(bo)相當距(ju)離(li)(li)后能量衰(shuai)減很(hen)小(xiao)，可以進行(xing)遠距(ju)離(li)(li)或一些難(nan)以接(jie)(jie)近部位的焊接(jie)(jie)。


  ④. 與電子(zi)束焊(han)接相比(bi)，激(ji)光焊(han)不(bu)(bu)需(xu)要真空室，也不(bu)(bu)會產(chan)生X射(she)線，但可以焊(han)接厚度比(bi)電子(zi)束焊(han)小，且大功率激(ji)光發射(she)器的(de)結構比(bi)電子(zi)束更為(wei)復雜，一(yi)次(ci)性投資更高(gao)。



2. 激光(guang)焊的焊接藝(yi)


  ①. 接頭形式


 圖3-7所示為固(gu)體激光(guang)點(dian)焊(han)(han)(han)(han)典型(xing)焊(han)(han)(han)(han)接接頭形(xing)式(shi)(shi)，二氧(yang)化碳激光(guang)焊(han)(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)(han)接接頭形(xing)式(shi)(shi)見圖3-8.通常(chang)采用對接接頭形(xing)式(shi)(shi)。裝配時必須施加一個裝配壓力(li)，使得(de)焊(han)(han)(han)(han)件(jian)之間(jian)的間(jian)隙越小越好。


圖 7.jpg


  ②. 激(ji)光焊的(de)焊接參數


 激(ji)光(guang)(guang)焊(han)的焊(han)接(jie)參數與激(ji)光(guang)(guang)功率(lv)、氣(qi)體保護(hu)、離焦量、光(guang)(guang)斑直徑。焊(han)接(jie)速度(du)、脈(mo)沖寬度(du)、脈(mo)沖頻率(lv)等均有(you)關。其中(zhong)氣(qi)體保護(hu)用(yong)氨能使熔(rong)深加(jia)深，如果在氦氣(qi)里(li)加(jia)少量氬(ya)氣(qi)或氧氣(qi)更能進一步提高熔(rong)深。


  保護氣體的作用：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(li)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(jing)：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。


  焊接速度：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(chong)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(gong)率(lv)(lv)為(wei)500W、最大功(gong)率(lv)(lv)密度為(wei)5.7x105W/c㎡的YAG激光(guang)可實現厚度為(wei)1mm的18-8奧氏體不(bu)銹鋼的激光(guang)焊(han)接。單面焊(han)接時深度可達到0.5mm左(zuo)右，因此(ci)采用(yong)(yong)雙(shuang)面焊(han)可保證不(bu)銹鋼能焊(han)透。焊(han)接速度、脈(mo)沖(chong)寬度以及脈(mo)沖(chong)頻(pin)率(lv)(lv)是影響焊(han)縫形貌的主要因素。三者(zhe)最佳(jia)組(zu)合(he)是焊(han)接速度不(bu)高(gao)于2mm/s,脈(mo)沖(chong)寬度為(wei)0.3ms,脈(mo)沖(chong)頻(pin)率(lv)(lv)為(wei)9Hz。


 激光焊(han)的焊(han)接參數(shu)：用激光焊焊接奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)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(bu)銹(xiu)鋼的焊接參數。


 表3-29 用脈沖激光焊(han)焊(han)接301不銹鋼絲(si)與絲(si)的焊(han)接參(can)數及接斗性能






注：302不(bu)銹(xiu)鋼(gang)相當于我(wo)國1Cr18Ni9鋼(gang)；321不(bu)銹(xiu)鋼(gang)相當于我(wo)國0Cr18Ni10Ti鋼(gang)；17-7PH不(bu)銹(xiu)鋼(gang)相當于我(wo)國0Cr17Ni7A1鋼(gang)。