激光焊接

在激光焊接方法中，使用具有高能量密度（光束直徑 0.1 ... 2 毫米）的集中光束來連接零件。根據光束類型，激光焊接可以是脈衝式和連續式。點焊以脈衝方式焊接，對於連續接縫，使用脈衝週期或連續輻射。當需要確保溫度加熱引起的變形最小和連續高精度時，也可以使用脈衝焊接——用於連續或批量生產中的高速焊接。

激光焊接用於連接各種材料：鋼、鈦、鋁、難熔金屬、銅、金屬合金、貴金屬、雙金屬，厚度為幾十到幾毫米。但是，激光焊接鋁、銅等反光金屬有些困難。金屬的激光焊接如圖 1 所示。 2.

活性金屬的焊接是使用射流形式的保護氣體在光束照射區域進行的。

照片 1 — 固態激光焊接：1 — 活性介質（紅寶石、石榴石、釹），2 — 泵浦燈，3 — 不透明反射鏡，4 — 半透明反射鏡，5 — 光纖，6 — 光學系統，7 — 細節， 8 — 焦點處的激光束，9、10 — 激光分束器。

照片 2 — 材料的可焊性

根據熔深的深淺，激光焊接分為三種：

1）微焊接（小於100微米），

2) 微型焊接 (0.1 ... 1 mm),

3）宏觀焊接（1mm以上）。

由於熔深通常不超過4mm，激光焊接主要應用於精密工具製造、電子設備製造、鐘錶製造、飛機製造、汽車工業、管道焊接等領域，也廣泛應用於珠寶行業。

在對焊和搭接之前，確保間隙為 0.1 ... 0.2 mm。如果差距很大，可能會出現倦怠和綜合不足。

激光焊接模式的主要參數有：

1）脈衝持續時間和能量，

2）脈衝頻率，

3）光束的直徑，

4) 聚焦光束的最小部分到表面的距離，

5）焊接速度。它達到 5 毫米/秒。為了提高速度，增加脈衝頻率或使用連續模式。

工業使用 2 種激光器進行激光焊接：

1) 固態——紅寶石、釹和 YAG 激光器（基於釔鋁石榴石）；

2）氣體CO2激光器。

最近還出現了激光焊接機，其活性元件是由石英製成的光纖。這種激光器可以焊接“有問題的”材料——具有高反射率的銅和黃銅、鈦。

各種激光焊接機的性能如表 1 和表 2 所示。

CO2 氣體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——激光器的適用性

表 3——氣體激光器的激光對焊模式

激光束的直徑通常為 0.3 毫米。用小於 0.3 毫米的光束焊接的對接焊縫可能會出現附著力不足和焊透不足的情況。使用高達 10 kW 的激光進行焊接通常無需填充物。

由於激光焊接時受熱影響的區域很小，焊縫冷卻得很快。這會對焊接接頭的質量產生消極和積極的影響。許多金屬通過接頭的快速冷卻提供最佳的物理和機械性能。但是，在焊接不銹鋼時，這會導致焊縫斷裂。將脈衝寬度增加到 10 ms 並進行預熱有助於消除這種現象。

通過正確選擇焊接材料和模式，激光焊接可產生最高質量的接縫。

激光系統可分為 3 類：

1) 圍護裝置。在此類設備中，工件被放置在一個特殊的封閉空間中，該空間包含保護性中性氣氛和激光束。焊工可以使用特殊的光學系統來控制和監控焊接過程。

2) 用於戶外焊接的設備。激光束具有多個自由度並產生編程運動。焊接區受氣流保護。

3) 用於手工激光焊接的設備。激光焊槍與 TIG 焊槍非常相似。激光束通過光纖傳輸到手電筒。在焊接過程中，焊工一隻手拿著激光槍，另一隻手拿著填充材料。

表 4——不同類型激光焊接的比較

激光焊接的優點包括：

1）激光束對材料的小面積熱效應，因此熱變形微不足道；

2) 在激光輻射透明的環境（玻璃、液體、氣體）中難以到達的地方進行焊接的可能性；

3）磁性材料的焊接；

4）光束直徑小，可微焊，焊縫窄，美觀；

5）過程自動化的能力；

6) 通過光傳輸靈活操縱光束；

7) 激光設備的多功能性（用於激光焊接和切割、打標和鑽孔的可能性）；

8) 焊接不同材料的可能性。

激光焊接的缺點：

1、激光設備成本高、複雜。

2、對焊邊的準備、清理要求高。

3、無法焊接厚壁件，功率不足。增加焊接激光器的功率受到以下事實的限制，即激光束對金屬的影響更強，它會在焊接區主動散射，這會損壞設備的光學系統並在數小時內使激光器停用.