激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)焊是以聚焦(jiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束作為能源轟擊焊件所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)量進行焊接的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方法，在20世(shi)紀60年(nian)代才用于實踐(jian)。激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)是目前世(shi)界(jie)上最亮(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。二氧化(hua)碳激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)亮(liang)度(du)比(bi)太(tai)陽光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)亮(liang)8個(ge)(ge)數量級(ji)，而高(gao)功(gong)率釹(nv)玻璃激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)則比(bi)太(tai)陽光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)亮(liang)16個(ge)(ge)數量級(ji)。激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)方向性很(hen)好，它(ta)能傳播到很(hen)遠的(de)(de)(de)(de)(de)(de)距(ju)離(li)，且擴散面(mian)積小，接近于理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平行光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。同時，激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)為單(dan)色光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)，它(ta)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)發光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)寬度(du)很(hen)狹窄(zhai)，比(bi)氪燈的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)譜(pu)窄(zhai)幾個(ge)(ge)數量級(ji)，聚焦(jiao)后在焦(jiao)點上的(de)(de)(de)(de)(de)(de)功(gong)率密度(du)比(bi)普通的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊接熱(re)源也(ye)大幾個(ge)(ge)數量級(ji)。基于激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)有(you)上述特點，它(ta)已(yi)經成為一(yi)種(zhong)十分理想的(de)(de)(de)(de)(de)(de)焊接和切(qie)割的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熱(re)源。


1. 激(ji)光焊特點(dian)


與一(yi)般的焊接方法相(xiang)比，激光焊有(you)以下(xia)一(yi)些特點(dian)。


  ①. 聚焦(jiao)后的(de)激(ji)光具(ju)有很(hen)高(gao)的(de)功率(lv)密度(du)，焊(han)接以深熔方(fang)式進行(xing)。


  ②. 激(ji)光的加(jia)熱范(fan)圍小(xiao)（＜1mm),熱量(liang)集中，焊接(jie)速度提高(gao)，使焊接(jie)殘余應力和焊后擦浴變(bian)形(xing)減小(xiao)。


  ③. 激光能反射、透射，在空間傳(chuan)播相當距離后(hou)能量(liang)衰減(jian)很小，可(ke)以進行遠距離或(huo)一(yi)些難(nan)以接近(jin)部位的焊接。


  ④. 與電(dian)子束(shu)焊(han)(han)接相比，激光(guang)(guang)焊(han)(han)不(bu)需要(yao)真空室，也不(bu)會產(chan)生X射(she)線，但(dan)可以焊(han)(han)接厚度比電(dian)子束(shu)焊(han)(han)小，且(qie)大功(gong)率激光(guang)(guang)發射(she)器的結(jie)構比電(dian)子束(shu)更為(wei)復雜，一次(ci)性投資更高。



2. 激光焊的焊接藝


  ①. 接頭(tou)形式


 圖3-7所示為固體激(ji)光點焊(han)(han)典(dian)型(xing)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)形(xing)式，二氧化碳(tan)激(ji)光焊(han)(han)焊(han)(han)接(jie)接(jie)頭(tou)形(xing)式見圖3-8.通常采用對接(jie)接(jie)頭(tou)形(xing)式。裝配時必須施加一個裝配壓力，使得焊(han)(han)件之間(jian)的間(jian)隙(xi)越小越好(hao)。


圖 7.jpg


  ②. 激光(guang)焊的焊接參數


 激(ji)光(guang)(guang)焊的焊接(jie)參數與激(ji)光(guang)(guang)功率(lv)、氣(qi)體(ti)保護(hu)、離焦量、光(guang)(guang)斑直徑。焊接(jie)速度、脈沖寬度、脈沖頻率(lv)等均(jun)有關。其中氣(qi)體(ti)保護(hu)用氨能使熔(rong)深(shen)(shen)加深(shen)(shen)，如果在氦氣(qi)里加少量氬氣(qi)或氧氣(qi)更(geng)能進(jin)一(yi)步提高熔(rong)深(shen)(shen)。


  保護氣體的(de)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(su)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(mo)沖寬度(du)：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(chong)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)功(gong)率(lv)為(wei)500W、最大功(gong)率(lv)密度為(wei)5.7x105W/c㎡的(de)YAG激光可實(shi)現厚度為(wei)1mm的(de)18-8奧(ao)氏體不(bu)銹鋼的(de)激光焊接(jie)(jie)。單面(mian)焊接(jie)(jie)時深度可達到(dao)0.5mm左右，因(yin)(yin)此采用(yong)雙面(mian)焊可保證(zheng)不(bu)銹鋼能焊透。焊接(jie)(jie)速度、脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)(chong)寬(kuan)度以(yi)及脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)(chong)頻率(lv)是影響焊縫形貌的(de)主要因(yin)(yin)素。三者(zhe)最佳組合(he)是焊接(jie)(jie)速度不(bu)高于2mm/s,脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)(chong)寬(kuan)度為(wei)0.3ms,脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)(chong)(chong)頻率(lv)為(wei)9Hz。


 激光焊的焊接參(can)數(shu)：用激光焊焊接奧氏體不銹鋼(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(han)接不(bu)銹鋼(gang)的焊接參數。


 表3-29 用脈沖激光(guang)焊(han)焊(han)接(jie)301不銹(xiu)鋼絲(si)與絲(si)的焊(han)接(jie)參(can)數及接(jie)斗性能(neng)






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