激光焊接技术

《激光焊接技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、激光焊接技术

2、第1第1一、激光焊接的工艺特点按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接有两种基本模式：热导焊和深熔焊，前者所用激光功率密度较低（105～1062），工件吸收激光后，仅达到表面熔化，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。后者激光动车密度高（106～1072），工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊

3、缝（图1）。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在机械制造领域，除了那些微薄零件之外，一般应选用深馆焊。深熔焊过程产生的金属蒸气和保护气体，在激光作用下发生电离，从而在小孔内部和上方形成等离子体。等离子体对激光有吸收、折射和散射作用，因此一般来说熔池上方的等离子体会削弱到达工件的激光能量。并影响光束的聚焦效果、对焊接不利。通常可辅加侧吹气驱除或削弱等离子体。小孔的形成和等离子体效应，使焊接过程中伴随着具有特征的声、光和电荷产生，研究它们与焊接规范及焊缝质量之间的关系，和利用这些特征信号对激光焊接过程及质量进行监控，具有十分重要的理论意义

4、和实用价值。由于经聚焦后的激光束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比电弧焊（5×102～1042）高几个数量级，因而激光焊接具有传统焊接方法无法比拟的显著优点：加热范围小，焊缝和热影响区窄，接头性能优良；残余应力和焊接变形小，可以实现高精度焊接；可对高熔点、高热导率，热敏感材料及非金属进行焊接；焊接速度快，生产率高；具有高度柔性，易于实现自动化。激光焊与电子束焊有许多相似之处，但它不需要真空室，不产生X射线，更适合生产中推广应用。激光焊接实际上已取得了电子束焊接20年前的地位，成为高能束焊接技术发展的主流。二、激光焊接设备激

5、光焊接设备主要由激光器、导光系统、焊接机和控制系统组成。1．激光器用于激光焊接的激光器主要有CO2气体激光器和YAG固体激光器两种。两者优缺点比较如表1所示。激光器最重要的性能是输出功率和光束质量。从这两方面考虑，CO2激光器比YAG激光器具有很大优势，是目前深熔焊接主要采用的激光器，生产上应用大多数还处在1.5～6km的铝合金板，如不采用填充焊丝，板材间隙必须为零才能获得良好的成形，如采用φ1.6mm的焊丝做为填充金属，即使间隙增至1.0mm，也可保证焊缝良好的成形。此外，填充焊丝还可以调整化学成分或进行厚板多层焊。2.光束旋转激

6、光焊使激光束旋转进行焊接的方法，也可大大降低焊件装配以及光束对中的要求。例如在2mm厚高强合金钢板对接时，容许对缝装配间隙从0.14mm增大到0.25mm；而对4mm厚的板，则从0.23mm增大到0.30mm。光束中心与焊缝中心的对准允许误差从0.25mm增加至0.5mm。3．激光焊接质量在线检测与控制利用等离子体的光、声、电荷信号对激光焊接过程进行检测，近年来已成为国内外研究的热点，少数研究成果已达到了闭环控制的程度。图1是激光焊接质量检测和控制系统的实例。该系统所用传感器及其功能简单介绍如下：（l）等离子体监测传感器1）等离子体

7、光学传感器（PS）：它的作用是采集等离子体的特征光-紫外光信。2）等离子体电荷传感器（PCS）；利用喷嘴做探针检测由于等离子体带电粒子（正离子、电子）的不均匀扩散而在喷嘴和工件之间形成的电位差。（2）系统功能1）识别激光焊接过程属于何种方式。稳定深熔焊过程，有等离子体，PS、PCS信号均很强；稳定热导焊过程，不产生等离子体，PS、PCS信号几乎等于零；模式不稳定焊过程，等离子体间断性地产生和消失，相应地PS、PCS信号间断性地上升和下降。2）诊断传输到焊接区的激光功率是否正常。当其他参数一定时，PS和PCS信号的强弱与入射到焊接区的

8、功率大小有对应关系。因此，监视PS和PCS信号就可以知道导光系统是否正常，焊接区的功率是否发生了波动。3）喷嘴高度自动跟踪。PCS信号随喷嘴-工件距离的增加而减小。利用这一规律进行闭环控制可以保证喷嘴-工作距离不变，实现高度方向的自动跟踪。4）焦点位置自动寻优和闭环控制。在深熔焊范围内，光束焦点位置发生波动时，PS接收到的等离子体光信号亦随之变化，以最佳焦点位置处（此对小孔最深）PS信号最小。依据所发现的这个规律，可以实现焦点位置自动寻优与闭环控制，使焦点位置波动小于0.2mm，熔深波动小于0.05mm。第1第1