激光焊接

在激光焊接方法中，使用具有高能量密度（光束直径 0.1 ... 2 毫米）的集中光束来连接零件。根据光束类型，激光焊接可以是脉冲式和连续式。点焊以脉冲方式焊接，对于连续接缝，使用脉冲周期或连续辐射。当需要确保温度加热引起的变形最小和连续高精度时，也可以使用脉冲焊接——用于连续或批量生产中的高速焊接。

激光焊接用于连接各种材料：钢、钛、铝、难熔金属、铜、金属合金、贵金属、双金属，厚度为几十到几毫米。但是，激光焊接铝、铜等反光金属有些困难。金属的激光焊接如图 1 所示。 2.

活性金属的焊接是使用射流形式的保护气体在光束照射区域进行的。

照片 1 — 固态激光焊接：1 — 活性介质（红宝石、石榴石、钕），2 — 泵浦灯，3 — 不透明反射镜，4 — 半透明反射镜，5 — 光纤，6 — 光学系统，7 — 细节， 8 — 焦点处的激光束，9、10 — 激光分束器。

照片 2 — 材料的可焊性

根据熔深的深浅，激光焊接分为三种：

1）微焊接（小于100微米），

2) 微型焊接 (0.1 ... 1 mm),

3）宏观焊接（1mm以上）。

由于熔深通常不超过4mm，激光焊接主要应用于精密工具制造、电子设备制造、钟表制造、飞机制造、汽车工业、管道焊接等领域，也广泛应用于珠宝行业。

在对焊和搭接之前，确保间隙为 0.1 ... 0.2 mm。如果差距很大，可能会出现倦怠和综合不足。

激光焊接模式的主要参数有：

1）脉冲持续时间和能量，

2）脉冲频率，

3）光束的直径，

4) 聚焦光束的最小部分到表面的距离，

5）焊接速度。它达到 5 毫米/秒。为了提高速度，增加脉冲频率或使用连续模式。

工业使用 2 种激光器进行激光焊接：

1) 固态——红宝石、钕和 YAG 激光器（基于钇铝石榴石）；

2）气体CO2激光器。

最近还出现了激光焊接机，其活性元件是由石英制成的光纤。这种激光器可以焊接“有问题的”材料——具有高反射率的铜和黄铜、钛。

各种激光焊接机的性能如表 1 和表 2 所示。

CO2 气体激光焊接模式示例如表 3 所示。

表 1 — 板材厚度和焊接激光功率

表 2——激光器的适用性

表 3——气体激光器的激光对焊模式

激光束的直径通常为 0.3 毫米。用小于 0.3 毫米的光束焊接的对接焊缝可能会出现附着力不足和焊透不足的情况。使用高达 10 kW 的激光进行焊接通常无需填充物。

由于激光焊接时受热影响的区域很小，焊缝冷却得很快。这会对焊接接头的质量产生消极和积极的影响。许多金属通过接头的快速冷却提供最佳的物理和机械性能。但是，在焊接不锈钢时，这会导致焊缝断裂。将脉冲宽度增加到 10 ms 并进行预热有助于消除这种现象。

通过正确选择焊接材料和模式，激光焊接可产生最高质量的接缝。

激光系统可分为 3 类：

1) 围护装置。在此类设备中，工件被放置在一个特殊的封闭空间中，该空间包含保护性中性气氛和激光束。焊工可以使用特殊的光学系统来控制和监控焊接过程。

2) 用于户外焊接的设备。激光束具有多个自由度并产生编程运动。焊接区受气流保护。

3) 用于手工激光焊接的设备。激光焊枪与 TIG 焊枪非常相似。激光束通过光纤传输到手电筒。在焊接过程中，焊工一只手拿着激光枪，另一只手拿着填充材料。

表 4——不同类型激光焊接的比较

激光焊接的优点包括：

1）激光束对材料的小面积热效应，因此热变形微不足道；

2) 在激光辐射透明的环境（玻璃、液体、气体）中难以到达的地方进行焊接的可能性；

3）磁性材料的焊接；

4）光束直径小，可微焊，焊缝窄，美观；

5）过程自动化的能力；

6) 通过光传输灵活操纵光束；

7) 激光设备的多功能性（用于激光焊接和切割、打标和钻孔的可能性）；

8) 焊接不同材料的可能性。

激光焊接的缺点：

1、激光设备成本高、复杂。

2、对焊边的准备、清理要求高。

3、无法焊接厚壁件，功率不足。增加焊接激光器的功率受到以下事实的限制，即激光束对金属的影响更强，它会在焊接区主动散射，这会损坏设备的光学系统并在数小时内使激光器停用.