特种焊接技术第二单元

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1、第二单元激光焊2.1激光焊概述2.2激光焊设备与工艺2.3典型材料的激光焊2.4激光安全与防护综合知识模块2.1激光焊概述2.1.1激光焊原理及特点2.1.2激光焊的分类2.1.3激光焊的应用2.1激光焊概述激光焊（LaserWelding，LBW）是利用能量密度极高的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。与传统焊接方法相比，激光焊具有能量密度高、穿透深、精度高、适应性强等优点。2.1.1激光焊原理及特点一、激光焊的原理二、激光焊的特点2.1.1激光焊原理及特点激光是指激光活性物质（工作物质）受到激励，产生辐射，通过光放大而产生一种单色性好、方向性强、光亮度高的光束。经透射或反射镜聚焦

2、后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106～l0l2W/cm2的能束，可用作焊接、切割及材料表面处理的热源。2.1.1激光焊原理及特点激光焊实质上是激光与非透明物质相互作用的过程，微观上是一个量子过程，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化、汽化等现象。激光焊时，激光照射到被焊接件的表面，与其发生作用，一部分被反射，一部分进入焊件内部。2.1.1激光焊原理及特点激光焊的热效应取决于焊件吸收光束能量的程度，常用吸收率来表征。金属对激光的吸收率，主要与激光波长、金属的性质、温度、表面状况以及激光功率密度等因素有关。2.1.1激光焊原理及特点材料的加热:吸收了光子而处于高能级的电子将在与

3、其他电子的碰撞以及与晶格的互相作用中进行能量的传递，光子的能量最终转化为晶格的热振动能，引起材料温度升高，改变材料表面及内部温度。2.1.1激光焊原理及特点材料的熔化及汽化:激光加工时，材料吸收的光能向热能的转换是在极短的时间（约为10-9s）内完成的。在这个时间内，热能仅仅局限于材料的激光辐射区，而后通过热传导，热量由高温区传向低温区。当功率密度大于106W/cm2时，被焊材料会产生急剧的蒸发。2.1.1激光焊原理及特点在连续激光深熔焊接时，由于蒸发，蒸气压力和蒸气反作用力等能克服熔化金属表面张力以及液体金属静压力而形成“小孔”。“小孔”类似于“黑洞”，有助于对光束能量的吸收。壁聚焦

4、效应:激光束射入小孔中时，由于激光束聚焦后不是平行光束，与孔壁间形成一定的入射角，激光束照射到孔壁上后，经多次反射而达到孔底，最终被完全吸收，如图所示。2.1.1激光焊原理及特点焊缝的形成:随着工件和光束做相对运动，由于剧烈蒸发产生的表面张力使“小孔”前沿的熔化金属沿某一角度小孔和熔融金属流动的示意图得到加速，在“小孔”后面的近表面处形成如图所示的熔流。“小孔”后方液态金属由于散热的结果，温度迅速降低，凝固，形成连续的焊缝。2.1.1激光焊原理及特点激光焊的优点：聚焦后的激光束功率密度可达105~107W／cm2，加热速度快，热影响区窄，焊接应力和变形小，易于实现深熔焊和高速焊，特别适

5、于精密焊接和微细焊接。2.1.1激光焊原理及特点可获得深宽比大的焊缝，激光焊的深宽比目前已超过12:1，焊接厚件时可不开坡口一次成型。适宜于常规焊接方法难以焊接的材料，如难熔金属、热敏感性强的材料以及热物理性能差异悬殊、尺寸和体积悬殊的工件间焊接；也可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃等。2.1.1激光焊原理及特点可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位；YAG激光和半导体激光可通过光导纤维传输，可达性好，适合于微型零件和远距离的焊接。可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接，如可焊接置于玻璃密封容器内的铍合金等剧毒材料。2.1.1激光焊原理及特点激光束不受电磁干扰，不存在

6、X射线防护问题，也不需要真空保护。2.1.1激光焊原理及特点激光焊的缺点：激光焊难以焊接反射率较高的金属；对焊件加工、组装、定位要求相对较高；设备一次性投资大。2.1.2激光焊的分类按激光对工件的作用方式：脉冲激光焊和连续激光焊。传热焊：功率密度小于105W/cm2深熔焊：小孔焊，功率密度大于106W/cm2a）传热焊b）深熔焊1-等离子云2-熔化材料3-小孔4-熔深2.1.3激光焊的应用应用行业应用实例航空航天发动机壳体、机翼隔架、膜盒等电子仪表集成电路内引线、显像管电子枪、调速管、仪表游丝等机械制造精密弹簧、针式打印机零件、金属薄壁波纹管、热电偶、电液伺服阀等钢铁冶金焊接厚度0.2

7、～8mm、宽度0.5～1.8m的硅钢片，非合金钢和不锈钢2.1.3激光焊的应用应用行业应用实例汽车制造汽车底架、传动装置、齿轮、点火器中轴与拨板组合件等医疗器械心脏起搏器以及心脏起搏器所用的锂碘电池等食品加工食品罐（用激光焊代替传统的锡焊或接触高频焊，具有无毒、焊接速度快、节省材料以及接头美观、性能优良等特点）等其他领域燃气轮器、换热器、干电池锌筒外壳、核反应堆零件等2.2激光焊设备与焊接工艺2.2.1激光焊设备2.2.2激光焊工艺2.2.1激