現代焊接的能量來源有很多種，包括氣體(ti) 焰、電弧、激光、電子束、摩擦和超聲波等。

今天給大家介紹關(guan) 於(yu) 激光焊接內(nei) 容。

激光焊接技術原理知識

激光焊接可以采用脈衝(chong) 或連續激光束加以實現；

激光焊接的原理可分為(wei) 熱傳(chuan) 導型焊接和激光深熔焊接。

熱導焊：

激光輻射加熱待加工表麵，表麵熱量通過熱傳(chuan) 導向內(nei) 部擴散，通過控製激光脈衝(chong) 的寬度、能量、峰功率和重複頻率等激光參數，使工件熔化，形成特定的熔池。

其特點：

激光功率為(wei) 105w/cm2左右，焊縫深度小於(yu) 2.5mm，焊縫的深寬比最大為(wei) 3：1。

圖1）熱導焊基本原理

深熔焊：

一般采用連續激光光束完成材料的連接.

即能量轉換機製是通過“小孔”（Key-hole）結構來完成的.

激光照射,材料產(chan) 生蒸發並形成小孔,吸收全部的入射光束能量,溫度達25000C左右,使包圍著這個(ge) 孔腔四周的金屬熔化.

其特點：

采用的功率密度在106～107w/cm2 之間，焊縫的深寬比最大可達12：1 ，目前最大焊接深度可以達到51mm。

圖2）熔深焊技術原理

說到這裏相信大家都有疑問，說激光是怎麽(me) 產(chan) 生的？

工作設備（產(chan) 生激光）：

由光學震蕩器及放在震蕩器空穴兩(liang) 端鏡間的介質所組成。

介質受到激發至高能量狀態時，開始產(chan) 生同相位光波且在兩(liang) 端鏡間來回反射，形成光電的串結效應，將光波放大，並獲得足夠能量而開始發射出激光。

圖3）激光焊接設備組成

激光亦可解釋成將電能、化學能、熱能、光能或核能等原始能源轉換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光）的電磁輻射束的一種設備。

圖4）激光焊接設備簡易圖

激光分類

焊接用有兩(liang) 種激光：

CO2 激光和Nd:YAG激光

特點：

都是肉眼不可見紅外光。

紅外光，又叫紅外線，是波長比可見光要長的電磁波（光），波長為(wei) 770納米到1毫米之間。

CO2 激光：

屬於(yu) 遠紅外光，波長為(wei) 10. 6Lm, 大部分金屬對這種光的反射率達到80% ~ 90%,需要特別的光鏡把光束聚焦成直徑為(wei) 0. 75 - 0. 1mm。功率可輕易達到20000W甚至更大。

大功率的CO2 激光通過小孔效應來解決(jue) 高反射率的問題。CO2 激光大功率焊接時, 常使用不產(chan) 生等離子體(ti) 的氦氣作為(wei) 保護氣體(ti) 。

CO2 激光是目前工業(ye) 應用最廣泛的激光器。

圖5）CO2 激光器的一般結構

Nd:YAG激光：

屬於(yu) 近紅外光。波長為(wei) 1. 06 Lm, 熱導體(ti) 對這種波長的光吸收率較高,對於(yu) 大部分金屬, 它的反射率為(wei) 20% ~ 30%。

隻要使用標準的光鏡就能使近紅外波段的光束聚焦為(wei) 直徑0. 25 mm。

功率一般能達到4000~ 6000W左右, 現在最大功率已達到10 000W。

Nd:YAG激光優(you) 點在於(yu) 產(chan) 生的光束可以通過光纖傳(chuan) 送，因此可以省去複雜的光束傳(chuan) 送係統。

工藝參數

工藝參數：

1）激光功率密度

是激光焊接的一個(ge) 關(guan) 鍵參數，對於(yu) 同一種金屬來說，激光功率密度不同時材料達到熔點和沸點的時間不同。

圖6

2）激光脈衝(chong) 波形

激光脈衝(chong) 波形在激光焊接中是一個(ge) 重要問題，尤其對於(yu) 薄片焊接，當高強度激光束射至材料表麵，金屬表麵將會(hui) 有60~98%的激光能量反射而損失掉，激光脈衝(chong) 開始作用時反射率高，當材料表麵溫度升至熔點時，反射率迅速下降，表麵處於(yu) 熔化狀態時，反射率穩定於(yu) 某一值，當表麵溫度繼續上升到沸點時，反射率又一次下降。

圖7）金屬的反射率與(yu) 時間關(guan) 係

3）激光脈衝(chong) 寬度

脈寬是脈衝(chong) 激光焊接的重要參數之一，它既是區別於(yu) 材料去除和材料熔化的重要參數，也是決(jue) 定加工設備造價(jia) 及體(ti) 積的關(guan) 鍵參數。

4）離焦量

激光焊接通常需要一定的離焦量

離焦方式有兩(liang) 種：正離焦與(yu) 負離焦

焦平麵位於(yu) 工件上方為(wei) 正離焦，反之為(wei) 負離焦。

負離焦時，可獲得更大的熔深。焊接薄材料時，宜用正離焦。

5）焊接速度

焊接速度的快慢會(hui) 影響單位時間內(nei) 的熱輸入量，焊接速度過慢，則熱輸入量過大，導致工件燒穿，焊接速度過快，則熱輸入量過小，造成工件焊不透。

激光焊接特性

1）屬於(yu) 熔融焊接，以激光束為(wei) 能源，衝(chong) 擊在焊件接頭上；

2）激光束可由平麵光學元件（如鏡子）導引，隨後再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上；

3）激光焊接屬非接觸式焊接，作業(ye) 過程不需加壓，但需使用惰性氣體(ti) 以防熔池氧化，填料金屬偶有使用；

4）激光焊可以與(yu) MIG焊組成激光MIG複合焊，實現大熔深焊接，同時熱輸入量比MIG焊大為(wei) 減小。

圖8）設備組成說明

激光的優(you) 缺點

優(you) 點：

（1）可將入熱量降到最低的需要量

（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數業(ye) 經檢定合格，可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用；

（3）不需使用電極，沒有電極汙染或受損的顧慮。且因不屬於(yu) 接觸式焊接製程，機具的耗損及變形皆可降至最低；

（4）激光束易於(yu) 聚焦、對準及受光學儀(yi) 器所導引，可放置在離工件適當之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導引，其他焊接法則因受到上述的空間限製而無法發揮；

（5）工件可放置在封閉的空間

（6）激光束可聚焦在很小的區域，可焊小型且間隔相近的部件；

（7）可焊材質種類範圍大，可接合各種異質材料；

（8）易於(yu) 以自動化高速焊接，可以數位或電腦控製

（9）焊接薄材或細徑線材時，不像電弧焊易有回熔的困擾；

（10）不受磁場所影響，能精確的對準焊件；

（11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩(liang) 種金屬；

（12）不需真空，亦不需做X射線防護；

（13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達10:1；

（14）可以切換裝置將激光束傳(chuan) 送至多個(ge) 工作站。

缺點：

（1）焊件位置需非常精確，需在激光束的聚焦範圍內(nei) ；

（2）焊件需使用夾治具時，必須確保焊件的最終位置需與(yu) 激光束將衝(chong) 擊的焊點對準；

（3）生產(chan) 線上不適合使用激光焊接；

（4）高反射性及高導熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(hui) 受激光所改變；

（5）當進行中能量至高能量的激光束焊接時，需使用等離子控製器將熔池周圍的離子化氣體(ti) 驅除，以確保焊道的再出現；

（6）能量轉換效率太低，通常低於(yu) 10%；

（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮；

（8）設備昂貴。

國內(nei) 激光設備生產(chan) 狀況

目前我國多數激光公司和企業(ye) 規模較小，投資強度低，沒有形成規模生產(chan) 。國內(nei) 領先的激光設備生產(chan) 廠家有：

長春新產(chan) 業(ye) 、武漢楚天激光 、深圳大族激光、華北光電 、武漢華工激光、 上海團結普瑞瑪。

國外激光設備生產(chan) 狀況

世界激光器市場可劃分為(wei) 三大區域：

1.美國（包括北美）占55% ；

2.歐州占22%；

3.日本及太平洋地區占23%。

在世界激光市場上：

激光材料加工設備方麵，德國占首位；

激光醫療及激光檢測方麵，美國占首位；

光電子技術方麵，日本占首位，美國占第二位。

德國企業(ye) 有：（幾乎占了世界市場的40%）

Rofin-sinar激光公司、

Trumpf 激光技術公司、

Haas 固體(ti) 激光公司、Lambda Physik公司、

德國的LaserVision公司等

美國企業(ye) 有：

1.相幹公司、2.光譜物理公司、

3.聯合工藝（URTC）公司、4.PRC公司、

5.燃燒工程公司、6.Lumonics公司、

7.Synrad公司、8.MartedLasers公司、

9.Electrox公司10.ESI公司等。

日本企業(ye) 有：

三菱電氣、鬆下電氣、Amada、Mazak等公司