激光焊(han)是以聚焦的(de)(de)(de)(de)激光束作(zuo)為(wei)能源(yuan)轟(hong)擊焊(han)件所(suo)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)熱量(liang)進行焊(han)接(jie)的(de)(de)(de)(de)方法，在20世(shi)紀(ji)60年代才用(yong)于(yu)實踐(jian)。激光是目前世(shi)界上最亮(liang)的(de)(de)(de)(de)光。二氧化碳(tan)激光的(de)(de)(de)(de)亮(liang)度比(bi)太陽光亮(liang)8個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)，而高功率釹玻璃激光則比(bi)太陽光亮(liang)16個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。激光的(de)(de)(de)(de)方向性(xing)很(hen)好，它(ta)(ta)能傳播到(dao)很(hen)遠(yuan)的(de)(de)(de)(de)距離(li)，且(qie)擴散面積小，接(jie)近于(yu)理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)平行光。同(tong)時，激光為(wei)單色光，它(ta)(ta)的(de)(de)(de)(de)發光光譜寬度很(hen)狹窄(zhai)，比(bi)氪燈的(de)(de)(de)(de)光譜窄(zhai)幾個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)，聚焦后在焦點上的(de)(de)(de)(de)功率密度比(bi)普(pu)通的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)熱源(yuan)也大幾個(ge)數(shu)量(liang)級(ji)。基(ji)于(yu)激光有上述特點，它(ta)(ta)已經成(cheng)為(wei)一種(zhong)十分理想(xiang)的(de)(de)(de)(de)焊(han)接(jie)和切(qie)割的(de)(de)(de)(de)熱源(yuan)。


1. 激光(guang)焊特點


與一(yi)般的焊(han)接方法相比(bi)，激光焊(han)有以下(xia)一(yi)些特(te)點(dian)。


  ①. 聚(ju)焦后(hou)的激光(guang)具有很高的功率密度，焊接以深熔方(fang)式進行。


  ②. 激光的加熱范圍小(xiao)（＜1mm),熱量集(ji)中，焊接(jie)(jie)速度(du)提高，使焊接(jie)(jie)殘余應(ying)力和焊后擦浴變(bian)形減(jian)小(xiao)。


  ③. 激(ji)光能反射、透(tou)射，在空間傳播相當距(ju)離后能量衰減很小，可以(yi)進行遠距(ju)離或一些難以(yi)接(jie)近部位(wei)的焊(han)接(jie)。


  ④. 與電(dian)子束(shu)焊(han)接(jie)相(xiang)比(bi)，激(ji)光(guang)焊(han)不(bu)需要(yao)真空室，也不(bu)會產(chan)生(sheng)X射線(xian)，但可以焊(han)接(jie)厚(hou)度比(bi)電(dian)子束(shu)焊(han)小，且大功(gong)率激(ji)光(guang)發射器的結構比(bi)電(dian)子束(shu)更為復雜，一次(ci)性投資更高。



2. 激光(guang)焊的焊接藝


  ①. 接頭形(xing)式


 圖3-7所(suo)示為固體激光點(dian)焊(han)(han)(han)典(dian)型焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭形式(shi)，二氧化(hua)碳(tan)激光焊(han)(han)(han)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭形式(shi)見圖3-8.通常采用對接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭形式(shi)。裝(zhuang)配(pei)時必須施加一(yi)個(ge)裝(zhuang)配(pei)壓力，使得(de)焊(han)(han)(han)件之間的(de)間隙越小越好。


圖 7.jpg


  ②. 激光焊(han)的焊(han)接(jie)參數


 激光焊的焊接(jie)參數(shu)與激光功率、氣(qi)(qi)體保護、離(li)焦量、光斑直(zhi)徑。焊接(jie)速度、脈沖寬度、脈沖頻率等均有(you)關。其(qi)中氣(qi)(qi)體保護用氨能使熔(rong)深加(jia)深，如果在氦(hai)氣(qi)(qi)里加(jia)少量氬氣(qi)(qi)或氧氣(qi)(qi)更能進一步提高熔(rong)深。


  保護氣體的作用：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(liang)：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(guang)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。


  焊接速度：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。


  脈沖寬度：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。


  脈沖頻(pin)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。


   采用功率(lv)為(wei)(wei)(wei)500W、最大功率(lv)密度為(wei)(wei)(wei)5.7x105W/c㎡的(de)YAG激光可實現厚度為(wei)(wei)(wei)1mm的(de)18-8奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼的(de)激光焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)。單面(mian)焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)時深度可達到0.5mm左右(you)，因此采用雙面(mian)焊(han)(han)(han)可保證不銹(xiu)鋼能焊(han)(han)(han)透。焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)速度、脈(mo)沖(chong)寬度以及脈(mo)沖(chong)頻(pin)率(lv)是影響焊(han)(han)(han)縫形貌的(de)主要因素。三者最佳組合是焊(han)(han)(han)接(jie)(jie)(jie)速度不高于2mm/s,脈(mo)沖(chong)寬度為(wei)(wei)(wei)0.3ms,脈(mo)沖(chong)頻(pin)率(lv)為(wei)(wei)(wei)9Hz。


 激光焊的焊接(jie)參數：用激光焊焊接奧氏(shi)體不銹(xiu)鋼時，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接(jie)不銹鋼的焊接參數。


 表3-29 用(yong)脈(mo)沖激(ji)光焊焊接(jie)(jie)301不銹鋼絲與絲的焊接(jie)(jie)參數及接(jie)(jie)斗性能






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