激光焊接技术原理知识

现代焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。

今天给大家介绍关于激光焊接内容。

激光焊接技术原理知识：

激光焊接可以采用脉冲或连续激光束加以实现;

激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。

热导焊：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

其特点：激光功率为105w/cm2左右，焊缝深度小于2.5mm，焊缝的深宽比较大为3：1。

深熔焊：一般采用连续激光光束完成材料的连接，即能量转换机制是通过“小孔”(Key-hole)结构来完成的。激光照射,材料产生蒸发并形成小孔,吸收全部的入射光束能量,温度达25000C左右,使包围着这个孔腔四周的金属熔化。

其特点：采用的功率密度在106～107w/cm2 之间，焊缝的深宽比较大可达12：1 ，目前较大焊接深度可以达到51mm。

说到这里相信大家都有疑问，说激光是怎么产生的?

工作设备(产生激光)：由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。介质受到激发**能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频(紫外光、可见光或红外光)的电磁辐射束的一种设备。

激光分类

焊接用有两种激光：CO2 激光和Nd:YAG激光

特点：都是肉眼不可见红外光。

红外光，又叫红外线，是波长比可见光要长的电磁波(光)，波长为770纳米到1毫米之间。

CO2 激光：属于远红外光，波长为10. 6Lm, 大部分金属对这种光的反射率达到80% ~ 90%,需要特别的光镜把光束聚焦成直径为0. 75 - 0. 1mm。功率可轻易达到20000W甚至更大。

大功率的CO2 激光通过小孔效应来解决高反射率的问题。CO2 激光大功率焊接时, 常使用不产生等离子体的氦气作为保护气体。

CO2 激光是目前工业应用较广泛的激光器。

Nd:YAG激光：属于近红外光。波长为1. 06 Lm, 热导体对这种波长的光吸收率较高,对于大部分金属, 它的反射率为20% ~ 30%。只要使用标准的光镜就能使近红外波段的光束聚焦为直径0. 25 mm。功率一般能达到4000~ 6000W左右, 现在最大功率已达到10 000W。

Nd:YAG激光优点在于产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统。

工艺参数：

1)激光功率密度

是激光焊接的一个关键参数，对于同一种金属来说，激光功率密度不同时材料达到熔点和沸点的时间不同。

2)激光脉冲波形

激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接，当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，激光脉冲开始作用时反射率高，当材料表面温度升至熔点时，反射率迅速下降，表面处于熔化状态时，反射率稳定于某一值，当表面温度继续上升到沸点时，反射率又一次下降。

3)激光脉冲宽度

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

4)离焦量

激光焊接通常需要一定的离焦量，离焦方式有两种：正离焦与负离焦，焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。负离焦时，可获得更大的熔深。焊接薄材料时，宜用正离焦。

5)焊接速度

焊接速度的快慢会影响单位时间内的热输入量，焊接速度过慢，则热输入量过大，导致工件烧穿，焊接速度过快，则热输入量过小，造成工件焊不透。

激光焊接特性

1)属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上;

2)激光束可由平面光学元件(如镜子)导引，随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上;

3)激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以防熔池氧化，填料金属偶有使用;

4)激光焊可以与MIG焊组成激光MIG复合焊，实现大熔深焊接，同时热输入量比MIG焊大为减小。

激光的优缺点

优点：

(1)可将入热量降到较低的需要量

(2)32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用;

(3)不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形皆可降至较低;

(4)激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥;

(5)工件可放置在封闭的空间

(6)激光束可聚焦在很小的区域，可焊小型且间隔相近的部件;

(7)可焊材质种类范围大，可接合各种异质材料;

(8)易于以自动化高速焊接，可以数位或电脑控制

(9)焊接薄材或细径线材时，不像电弧焊易有回熔的困扰;

(10)不受磁场所影响，能精确的对准焊件;

(11)可焊接不同物性(如不同电阻)的两种金属;

(12)不需真空，亦不需做X射线防护;

(13)若以穿孔式焊接，焊道深一宽比可达10:1;

(14)可以切换装置将激光束传送至多个工作站。

缺点：

(1)焊件位置需非常精确，需在激光束的聚焦范围内;

(2)焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的较终位置需与激光束将冲击的焊点对准;

(3)生产线上不适合使用激光焊接;

(4)高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变;

(5)当进行中能量**能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现;

(6)能量转换效率太低，通常低于10%;

(7)焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑;

(8)设备昂贵。

国内激光设备生产状况

目前我国多数激光公司和企业规模较小，投资强度低，没有形成规模生产。国内领先的激光设备生产厂家有：

长春新产业 、武汉楚天激光 、深圳大族激光、华北光电 、武汉华工激光、 上海团结普瑞玛。

国外激光设备生产状况

世界激光器市场可划分为三大区域：

1.美国(包括北美)占55% ;

2.欧州占22%;

3.日本及太平洋地区占23%。

在世界激光市场上：

激光材料加工设备方面，德国占首位;

激光医疗及激光检测方面，美国占首位;

光电子技术方面，日本占首位，美国占第二位。

德国企业有：(几乎占了世界市场的40%)

Rofin-sinar激光公司、

Trumpf 激光技术公司、

Haas 固体激光公司、Lambda Physik公司、

德国的LaserVision公司等

美国企业有：

1.相干公司、2.光谱物理公司、

3.联合工艺(URTC)公司、4.PRC公司、

5.燃烧工程公司、6.Lumonics公司、

7.Synrad公司、8.MartedLasers公司、

9.Electrox公司10.ESI公司等。

日本企业有：

三菱电气、松下电气、Amada、Mazak等公司

相关问答：

问：所有塑料材质都可以用同一款激光打标机实现吗?

答：目前市面上常见的塑料材质有:ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、PC(聚碳酸酯)、PP塑料(聚丙烯)、PS塑料(聚苯乙烯)、PPS塑料(聚苯硫醚)、PP聚丙烯、PVC(聚氯乙烯)、PE(聚乙烯)、亚克力(聚甲基丙烯酸甲酯)等。这些塑料材质要选择什么样的激光打标机，可以一台激光设备就能兼容而且效果出色呢?

激光小编给大家推荐紫外激光打标机：它几乎适用于所有塑料材质。因为紫外的较小线宽是0.01mm，而绿光是0.02mm;紫外的较小字符是0.06,而绿光的是0.1等等因素，所以紫外激光打标机，打标的效果比绿光好。

关于材质纯度这块，可能很多客户都会有同样的误区，就是同样产品都能打出同样的效果。激光之前为一个客户打样时，他的产品是线缆，外皮是PVC、PE等，产品的颜色不同，但是黑色和白色的线缆可以打出效果并且很清晰，而灰色的比较模糊。然后红色和黄色无法打标，原因是材质不吸收光线，同样是塑料，但是却会遇到不同的打标效果，这个对于激光工艺来说是很正常的现象。

所以，并不是所有的塑料材质都可以用同款激光打标机全部打出效果，而是要以实际测试的打样效果和工程师的建议为准。希望大家真正了解自己塑胶材质本身再到正规激光设备厂家来试样，快速解决你的问题。

问：手持式激光焊接机是怎样达到的

答：1、焊接精度高

SC-FH手持激光焊接机匹配多种激光源，适用多种工艺要求的工件，焊接一次成型，对焊接材料热变形量更小，满足高质量产品要求，且焊缝光亮、无焊疤、无变色、无需后续处理，焊接工件强度高，焊缝强度达到甚至超过母材本身。

2、方便移动、焊接灵活

SC-FH手持焊接头配备5M-10M原装光纤，灵活方便.,对于机器人难以焊接的地方，都能触手可及。

3、焊接工艺全面

激光手持光纤焊接机适用于拼焊、叠焊、内外角焊、圆弧焊、不规则形状焊等。

4、操作简单、节省成本

双成激光焊接机整套设备功能性强，满足人体工学设计，适用于各种工作环境场景，特有的激光安全操作防护功能，**操作人员工作期间的安全，操作简单易学上手快，对操作人员技术门槛不高，更省人工成本支出。

5、应用广泛

SC-FH系列手持激光焊接机广泛应用于厨卫行业、家电行业、广告行业、模具行业、不锈钢制品行业、不锈钢工程行业、门窗行业、工艺品行业、居家用品行业、家具行业、汽车配件行业等。