激光焊接教材.pptx

LOGO激光焊接激光焊接 Company Logo激光的定义激光的定义激光是受激发射光（激光是受激发射光（Laser-Light amplification by stimulated emission of radia-tion)，是利用辐射激发光放大原理，是利用辐射激发光放大原理，使工件物质受激而产生一种单色性高、方向性好使工件物质受激而产生一种单色性高、方向性好及亮度大的光，经透镜或反射镜高度聚焦后，供及亮度大的光，经透镜或反射镜高度聚焦后，供给焊接、切割或材料表面处理等所需的高功率密给焊接、切割或材料表面处理等所需的高功率密度热源。度热源。Company Logo激光加工简介激光加工简介激光加工的一般原理激光加工的一般原理 激光加工是一种重的高能束加工方法，它是利用激光激光加工是一种重的高能束加工方法，它是利用激光高强度、高亮度、方向性好、单色性好高强度、高亮度、方向性好、单色性好的特性，通过一系列的特性，通过一系列的光学系统聚焦成平行度很高的微细光束（直径几微米至几的光学系统聚焦成平行度很高的微细光束（直径几微米至几十微米），获得极高的能量密度（十微米），获得极高的能量密度（）照射）照射到材料上，使材料在极短的时间内（千分之几秒甚至更短）到材料上，使材料在极短的时间内（千分之几秒甚至更短）熔化甚至气化，以达到加热和去除材料的目的。熔化甚至气化，以达到加热和去除材料的目的。Company Logo激光加工简介激光加工简介激光加工特点激光加工特点 适应性强：适应性强：激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料，激光加工的功率密度高，几乎能加工任何材料，如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。加工精度高：加工精度高：激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小激光束可聚焦成微米级的光斑（理论上直径可小 于于1um），适合精密微细加工。），适合精密微细加工。加工质量好：加工质量好：激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加 工区几乎不受热的影响，工件热变形极小，故可工区几乎不受热的影响，工件热变形极小，故可 加工对热冲击敏感的材料。加工对热冲击敏感的材料。加工速度快：加工速度快：激光加工只需激光加工只需0.01s，切割比常规方法提高效率率，切割比常规方法提高效率率 效率高效率高 820倍，激光焊接可提高效率倍，激光焊接可提高效率30倍，微调薄膜电倍，微调薄膜电 阻可提高阻可提高1000倍，提高精度倍，提高精度12个数量级。个数量级。Company Logo激光加工简介激光加工简介激光加工特点激光加工特点 容易实现自动：容易实现自动：激光束传输方便，易于控制，便于与机器人激光束传输方便，易于控制，便于与机器人 、自动检测、计算机数字控制等先进技术相、自动检测、计算机数字控制等先进技术相 结合。结合。通用性强：通用性强：用一台激光器给变不同的导光系统，可以处用一台激光器给变不同的导光系统，可以处 理各种形状和尺寸的工件。也可以选择适当理各种形状和尺寸的工件。也可以选择适当 的加工条件，用同一台装置进行切割、打孔的加工条件，用同一台装置进行切割、打孔 、焊接和表面处理等多种加工。、焊接和表面处理等多种加工。节能节材：节能节材：激光束的能量利用率为常规加工工艺的激光束的能量利用率为常规加工工艺的 101000倍，激光切割可以节省材料倍，激光切割可以节省材料 15%30%。Company Logo激光焊接机激光焊接机Company Logo激光焊接机原理激光焊接机原理 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属面，通过激激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。化后冷却结晶形成焊接。Company Logo激光焊接机原理激光焊接机原理1、热传导焊接：当激光、热传导焊接：当激光照射在材料表面时，一部照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式面层的热以热传导的方式继续向材料深处传继续向材料深处传递，最递，最后将两焊件熔接在一起。后将两焊件熔接在一起。激光焊接的机理有两种：激光焊接的机理有两种：Company Logo激光焊接接头激光焊接接头Company Logo激光焦点示意图激光焦点示意图Company Logo激光焊接工艺参数激光焊接工艺参数激光焊接的激光焊接的主要参数主要参数离焦量离焦量焊接速度焊接速度激光模式激光模式坡口间隙坡口间隙保护气体保护气体脉冲参数脉冲参数激光功率激光功率Company Logo激光焊接的工艺参数激光焊接的工艺参数Add Your Title对于一般激光焊接的工艺参数：对于一般激光焊接的工艺参数：对于一般激光焊接的工艺参数：对于一般激光焊接的工艺参数：(1)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、雕刻有利。对于较低功去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。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。层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在 Company Logo激光焊接工艺参数激光焊接工艺参数(2)激光脉冲波形：激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，激光脉冲波形：激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束 射至材料表面，金属表面将会有射至材料表面，金属表面将会有6098%的激光的激光 能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变 化很大。化很大。(3)激光脉冲宽度：脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区激光脉冲宽度：脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区 别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决 定加工设备造价及体积的关键参数。定加工设备造价及体积的关键参数。Company Logo激光焊接工艺参数激光焊接工艺参数(4)离焦量：对焊接质量的影响。离焦量：对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离焦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。相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。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。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，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。明，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。Company Logo激光焊接工艺参数激光焊接工艺参数对于激光深熔焊接的主要工艺参数：对于激光深熔焊接的主要工艺参数：对于激光深熔焊接的主要工艺参数：对于激光深熔焊接的主要工艺参数：(1)(1)激光功率：激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此激光功率：激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此激光功率：激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此激光功率：激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此 值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅 度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值 （与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定 深熔焊的进行。深熔焊的进行。深熔焊的进行。深熔焊的进行。(2)(2)光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为光束焦斑；光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为 它决定功率密度。它决定功率密度。它决定功率密度。它决定功率密度。(3)(3)焊接速度：焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变焊接速度：焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变焊接速度：焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变焊接速度：焊接速度对熔深影响较大，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。浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有 一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时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。可获得最大熔深。可获得最大熔深。可获得最大熔深。Company Logo激光焊接工艺参数激光焊接工艺参数Your Text(4)保护气体：激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池保护气体：激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池。大多数。大多数 应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工 件在焊接过程中免受氧化。件在焊接过程中免受氧化。(5)透镜焦距：焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用透镜焦距：焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用 63254mm(2.510)焦距的透镜。焦距的透镜。(6)焦点位置：焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重焦点位置：焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重 要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝 宽度与深度。宽度与深度。Company Logo激光焊接工艺参数激光焊接工艺参数Your Text(3)(3)材料吸收值：材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，材料吸收值：材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，材料吸收值：材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，材料吸收值：材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温 度等，其中最重要的是吸收率。度等，其中最重要的是吸收率。度等，其中最重要的是吸收率。度等，其中最重要的是吸收率。(8)激光束位置：对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制激光束位置：对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制 着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭 接结头的情况对此更为敏感。接结头的情况对此更为敏感。9)焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制。激光深熔焊接时，焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制。激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。Company Logo激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例激光激光点焊点焊激光热传激光热传 导焊接导焊接激光深熔激光深熔 焊接焊接激光激光钎焊钎焊激光激光-电弧电弧复合焊接复合焊接激光焊接技术激光焊接技术脉冲激光脉冲激光 焊接焊接激光填激光填丝焊接丝焊接Company Logo激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例汽车传动零部件激光焊接汽车传动零部件激光焊接Company Logo激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例 用激光可以焊接用激光可以焊接一些要求强度高、一些要求强度高、变形小变形小,用传统用传统方法无法焊接的方法无法焊接的特种材料的汽车特种材料的汽车零部件零部件Company Logo激光焊接发展及应用举例激光焊接发展及应用举例Company LogoAdd Your TextAdd Your TextAdd Your 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