带你了解激光焊接

激光焊接是利用激光的辐射能量来实现有效焊接的工艺，其工作原理是：通过特定的方式来激励激光活性介质（如CO2和其他气体的混合气体、YAG钇铝石榴石晶体等），使其在谐振腔中往复振荡，从而形成受激辐射光束，当光束与工件接触时，其能量被工件吸收，在温度达到材料熔点时便可进行焊接。




 
激光焊接可分为热传导焊和深熔焊，前者的热量通过热传递向工件内部扩散，只在焊缝表面产生熔化现象，工件内部没有完全熔透，基本不产生汽化现象，多用于低速薄壁材料的焊接；后者不但完全熔透材料，还使材料汽化，形成大量等离子体，由于热量较大，熔池前端会出现匙孔现象。深熔焊能够彻底焊透工件，且输入能量大、焊接速度快，是目前使用最广泛的激光焊接模式。



激光焊接的好处优点



① 采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比，且焊接速度比较快。
② 由于激光焊接不需真空环境，因此通过透镜及光纤，可以实现远程控制与自动化生产。
③ 激光具有较大的功率密度，对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果，并能对不同性能材料施焊。
④ 可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。



激光焊接的缺点



① 激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵，因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高，经济效益较差。
② 由于固体材料对激光的吸收率较低，特别是在出现等离子体后（等离子体对激光具有吸收作用），因此激光焊接的转化效率普遍较低（通常为5％～30％）。
③ 由于激光焊接的聚焦光斑较小，对工件接头的装备精度要求较高，很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。







激光焊接对人有害吗？



焊接机发出的激光的不可见性和能量太高，非专业人员别去接触激光源，否则很危险。另外激光也属于电磁波，但是焊机用的激光波长都很大，所以没有紫外线之类短波长光波的辐射危害。



焊接过程中会产生许多气体，但大多是惰性气体，没啥毒性，但也要看焊接材料的不同区别对待，最好做好防护措施，减少气体吸入。



焊接机发出的激光几乎没有辐射危害，但是焊接过程中会有电离辐射和受激辐射，最好在焊接过程中远离焊接部位。这种被诱发的辐射这种不乏短波，而且对眼睛，身体影响不小，最好远离焊点。近距离作业要尽量做好防护措施如佩戴呼吸护具，穿辐射防护服，带眼罩。



激光焊接的重要参数



功率密度：
功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻十分有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。
 
激光脉冲波形：
当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60～98%的激光能量反射而损失掉，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。一个激光脉冲讯号过程中，金属的反射率随时间而变化。当材料表面温度升高到熔点时，反射率会迅速下降，当表面处于熔化状态时，反射稳定于某一值。 
 
激光脉冲宽度：
脉宽是脉冲激光焊接的重要参数。脉宽由熔深与热影响分区确定，脉宽越长热影响区越大，熔深随脉宽的1/2 次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率，因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式，形成的焊缝尺寸宽而浅，尤其适合薄板和厚板的搭接焊。


但是，较低的峰值功率会导致多余的热输入，每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。
 
离焦量：
激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。


 
离焦方式有两种：
正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上的功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状有一定差异。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。


 
焊接速度：
焊接速度对熔深有较大的影响，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。因此，对一定激光功率和一定厚度的特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。


 
保护气体：
激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护。保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射，在高功率激光焊接时，喷出物非常有力，此时保护透镜则更为必要。保护气体的第三个作用是可以有效驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。金属蒸气吸收激光束电离成等等离子体，如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上会被等离子体消耗掉。