激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法，在20世紀(jì)60年代才用于實(shí)踐。激光是目前世界上最亮的光。二氧化碳激光的亮度比太陽光亮8個(gè)數(shù)量級，而高功率釹玻璃激光則比太陽光亮16個(gè)數(shù)量級。激光的方向性很好，它能傳播到很遠(yuǎn)的距離，且擴(kuò)散面積小，接近于理想的平行光。同時(shí)，激光為單色光，它的發(fā)光光譜寬度很狹窄，比氪燈的光譜窄幾個(gè)數(shù)量級，聚焦后在焦點(diǎn)上的功率密度比普通的焊接熱源也大幾個(gè)數(shù)量級。基于激光有上述特點(diǎn)，它已經(jīng)成為一種十分理想的焊接和切割的熱源。


1. 激光焊特點(diǎn)


與一般的焊接方法相比，激光焊有以下一些特點(diǎn)。


  ①. 聚焦后的激光具有很高的功率密度，焊接以深熔方式進(jìn)行。


  ②. 激光的加熱范圍?。ǎ?mm),熱量集中，焊接速度提高，使焊接殘余應(yīng)力和焊后擦浴變形減小。


  ③. 激光能反射、透射，在空間傳播相當(dāng)距離后能量衰減很小，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離或一些難以接近部位的焊接。


  ④. 與電子束焊接相比，激光焊不需要真空室，也不會(huì)產(chǎn)生X射線，但可以焊接厚度比電子束焊小，且大功率激光發(fā)射器的結(jié)構(gòu)比電子束更為復(fù)雜，一次性投資更高。



2. 激光焊的焊接藝


  ①. 接頭形式


 圖3-7所示為固體激光點(diǎn)焊典型焊接接頭形式，二氧化碳激光焊焊接接頭形式見圖3-8.通常采用對接接頭形式。裝配時(shí)必須施加一個(gè)裝配壓力，使得焊件之間的間隙越小越好。


圖 7.jpg


  ②. 激光焊的焊接參數(shù)


 激光焊的焊接參數(shù)與激光功率、氣體保護(hù)、離焦量、光斑直徑。焊接速度、脈沖寬度、脈沖頻率等均有關(guān)。其中氣體保護(hù)用氨能使熔深加深，如果在氦氣里加少量氬氣或氧氣更能進(jìn)一步提高熔深。


  保護(hù)氣體的作用：a. 保護(hù)焊接接頭不被空氣污染。保護(hù)氣體一般都用惰性氣體，或?yàn)樘岣呷凵钤诙栊詺怏w中加入少量氧氣。b. 保護(hù)聚焦透鏡。因?yàn)樵诤附舆^程中會(huì)產(chǎn)生金屬蒸氣，以及液體金屬的濺射。這樣產(chǎn)生的金屬蒸氣以及濺射的液體金屬會(huì)污染聚焦透鏡，但焊接區(qū)里以一定速度流向工件的保護(hù)氣體會(huì)將蒸氣以及濺射物帶向焊件，從而防止污染聚焦透鏡。c.驅(qū)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(hù)氣體也會(huì)受熱電離。如果把保護(hù)氣體吹向焊接區(qū)，等離子云就會(huì)被抑制。


  離焦量：按照幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦量相等時(shí)，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高。易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。


  光斑直徑：光束斑點(diǎn)大小是激光焊的重要變量之一，因?yàn)樗鼪Q定功率密度。


  焊接速度：在焊接薄材料時(shí)，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(shí)焊縫也變得均勻，沒有明顯的魚鱗狀。


  脈沖寬度：焊接薄板時(shí)，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(shí)，焊縫寬度隨時(shí)減小。焊縫比較均勻，沒有明顯的凹凸。因?yàn)闊嵊绊憛^(qū)與脈寬有關(guān)，脈寬越寬，熱影響區(qū)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(shí)卻增大了熱影響區(qū)，因此在實(shí)際焊接中要根據(jù)實(shí)際需要選擇合理的脈沖寬度。


  脈沖頻率：在焊接薄件時(shí)，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(shí)，焊縫金屬更均勻，魚鱗結(jié)構(gòu)變得細(xì)化。


   采用功率為500W、最大功率密度為5.7x105W/c㎡的YAG激光可實(shí)現(xiàn)厚度為1mm的18-8奧氏體不銹鋼的激光焊接。單面焊接時(shí)深度可達(dá)到0.5mm左右，因此采用雙面焊可保證不銹鋼能焊透。焊接速度、脈沖寬度以及脈沖頻率是影響焊縫形貌的主要因素。三者最佳組合是焊接速度不高于2mm/s,脈沖寬度為0.3ms,脈沖頻率為9Hz。


 激光焊的焊接參數(shù)：用激光焊焊接奧氏體不銹鋼時(shí)，從薄板到中厚度（0.1~12mm),均可達(dá)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(shù)及接頭性能，表3-30為二氧化碳激光焊焊接不銹鋼的焊接參數(shù)。


 表3-29 用脈沖激光焊焊接301不銹鋼絲與絲的焊接參數(shù)及接斗性能






注：302不銹鋼相當(dāng)于我國1Cr18Ni9鋼；321不銹鋼相當(dāng)于我國0Cr18Ni10Ti鋼；17-7PH不銹鋼相當(dāng)于我國0Cr17Ni7A1鋼。