激光焊接基础知识 - 图文 (3)

并因此将热量集中到材料，并减少热影响区。

2.3关键焊接参数

关键焊接参数可分为两部分，与零件本身有关的参数和激光的参数

2.3.1联合设计与拟合

由于激光焊接是一种非接触式的过程，可焊接广泛形状的接头，此外，激光能够焊接到很局限的区域，主要的接头设计如图G所示。在任何的理想焊接接头中，更薄的材料是顶片。

对接 搭接 角接

图G:最常见的焊接接头，其他大多形状都有它们演变而来

可靠的激光焊接最重要的要求是焊接接头的紧密配合，激光点焊或缝焊通常是一个自发过程，这意味着在焊接过程中不添加填充材料，因此，如果焊接表面太远，没有足够的焊接材料来弥补缺口，焊缝将会产生咬边，为了得到最好的结果，接头间隙应该是零或紧密结合，但这不切合实际，有点间隙是允许的，根据经验，此间隙切不能大于材料最薄处或焊接渗透深度的10%，哪个都是越小越好，必须强调的是，间隙的公差要具体，并且要充分检查并用实验测量的方法量化。

2.3.2部分对齐

激光焊接用的聚焦光斑直径通常为100到1000微米，更好的焊接应用可能要求更小的光斑直径（25-50微米），比如医疗导管或者微型电子设备，激光焊接的接缝必须足够精确，这样聚焦光斑才不会偏离接头，这种错位的公差是有一定直径的聚焦光束的一个功能，并在一个较小程度上设计接头，垂直公差却不太重要，但也扮演着尽可能聚焦光束的角色。

10 / 17

水平对齐 垂直对齐

图H:名义上的激光与工件部分对齐公差，横向公差是至关重要的，垂直方向上的公差对于焊

接过程要求很宽

垂直公差涉及到确保在接头处的聚焦光斑有足够的能量密度形成焊缝，这个公差叫做聚焦深度，他一般是镜头焦距的0.5%长。因此，当一个100毫米的瞄准仪和一个100毫米的焦距镜头的组合使用，聚焦深度约0.5mm。

2.3.3材料的选择和镀层

激光可以焊接各种钢、镍合金、钛、铝合金甚至是铜，然而，有材料更适合于激光焊接，一些材料很难或者不可能用激光焊接，与任何其他焊接技术一样，某些类型的材料是难以焊接，除非他们符合一定的材料特性。激光焊接的材料的特性有:a)材料的反射性，b) 高热循环的影响，c)不稳定合金元素的蒸发， 最普遍的焊接材料是钢铁，通常的挑选规则是保持碳含量低于0.12%，对于不锈钢，保证Cr/Ni比例大于1.7，不锈钢合金ANSI 303和许多400系列合金以及高碳钢应该避免过高的碳，磷，硫含量，通常，镍合金和钛是非常易于焊接的，铝合金和铜是比较特殊的例子。

电镀材料和镀金方式也会在焊接过程中产生意义重大的效果，举个例子，由于在化学镀镍过程中包含磷和其他杂质，导致金属增加了焊接问题，建议的镀镍方法是电镀。镀层厚度和类型也是需要考虑的，例如金属的镀层厚度大于50英寸时，会导致焊缝开裂。

2.4焊接参数

由每个脉冲创建的焊缝是由该脉冲的峰值功率密度和其持续时间确定的，每秒的脉冲个数，脉冲重叠和焊接速度，也决定了一个焊缝的成形。峰值功率密度控制着焊缝的融深，也决定了光纤类型和熔核直径，光学聚焦器和激光峰值功率

11 / 17

输出。

脉冲宽度控制着输入热量，焊缝宽度和热循环，脉冲重复率或脉冲频率也控制着输入热量和热循环。

2.4.1专业术语

峰值功率

这是一个可以选择激光的直接参数，它控制着每个脉冲的最高功率，峰值功率的单位是瓦。 脉冲宽度

脉冲宽度在激光脉冲表示的是持续时间，单位是毫秒。 脉冲能量

脉冲能量包含了一个脉冲的能量，是峰值功率和脉冲宽度的乘积，E = Ppx t,单位是焦。 脉冲频率

脉冲频率相当于闪光灯一秒钟产生的脉冲个数，一般用Hz或pps表示。 平均功率

这个参数一般适用于不止一个脉冲焊接时的情况，它表示一个脉冲周期的平均功率，它是脉冲能量和脉冲频率的乘积，Pave= E x Hz，单位是瓦。 峰值功率密度

峰值功率密度是某一部分功率的集合，由除了聚焦光斑区域的峰值功率决定，斑点尺寸由光纤直径和聚焦头的放大率的乘积确定，单位是W/cm

2

脉冲宽度 脉冲能量 峰值功率 平均功率 脉冲周期 脉冲频率=1/脉冲周期 12 / 17

图I:脉冲激光焊重要参数图示，包括峰值功率，平均功率，脉冲宽度，脉冲能量以及脉冲频

率

2.4.2光缆

激光通过光缆传输到焊接区域，这跟线缆被设计成中心部分承载激光，一个像镜子一样的多层部件使得激光能够进行传输，外面包了一个金属外套，防止激光泄露。中心区域的尺寸可根据光斑直径和激光输入功率的要求做成不同的直径。在聚焦光斑尺寸方面，核心直径直接影响最终聚焦光斑的大小和峰值功率密度。

入射激光 末端聚焦 光缆 聚焦头

末端聚焦斑点=光缆直径╳F2/F1 图J:光纤端面的发光硅芯传播光束，周围用硅包裹，用钢套连接。光被不同折射率的核心和包层材料限制在中央核心，这样激光发生全反射。激光被光学聚焦器件发射到光纤中，然

后被聚焦头聚集到焊接区域。

例如一个300微米的内芯的聚焦光斑的尺寸是600微米的内芯的一半，因此能量密度是后者的四倍，但是600微米的内芯相比300微米的，没有功率限制。内芯的选择取决于实际使用情况。光纤除了内芯直径还有两种类型：台阶指数光纤（SI）和梯度折射率光纤。

两者的不同之处在于：台阶指数光纤趋向于均匀光束结构，而渐变折射率光纤通过光纤长度保持光纤结构的形状。这两种光纤供了在融深方面不同的焊接特性，即焊接宽度范围和焊接稳定性。根据实际应用选择这两种光纤。

2.4.3光学聚焦器件

聚焦头有效地将光纤的端部投影到工作面，光学镜片将光束传输到聚焦头，光束第一次在聚焦头里被聚焦，然后聚集成一个斑点。图像可以由准直系统和聚焦透镜放大或缩小。

光学聚焦器可根据实际应用或者当一个大尺寸内芯光纤必须用于处理更高的功率而需要一个小尺寸的光斑时来微调光斑的大小，末端焦距透镜的焦距的选择也决定了聚焦头和工件之间的距离。

13 / 17

轴向器 准直透镜 光缆 聚焦镜片 末端聚焦

末端斑点尺寸=光纤内芯直径╳准直器的焦点长度/聚焦透镜的焦点长度

图K: 聚焦头通常安装在一个摄像机的轴上，使得激光束在焊接的前中后期都沿着直线路径照射到焊接区域，摄像机极大地帮助操作者获得最佳的焊接定位，使激光束到最合适的位置，

也根据末端光斑尺寸给出了光纤光缆直径和聚焦头透镜之间的的关系

2.4.4峰值功率和脉冲宽度

峰值功率，用瓦特表示，直接影响峰值功率密度，峰值功率密度用W/CM2表示。峰值功率密度控制着焊接渗透率，脉冲宽度通常用毫秒表示，控制着输入热量。

焊缝横截面形状

焊缝横截面形状 脉冲宽度增加→ 峰值功率增加→

图L：增加脉冲宽度和峰值功率时对焊缝横截面的影响

增加脉冲宽度增加焊缝尺寸和热影响区通过增加热传导时间。最适宜的峰值功率定义为：抛开材料本身，在给定功率的情况下能够形成最深熔深的峰值功率。用高的峰值功率焊接呈现出窄而深的焊缝并在焊缝金属里形成高的热循环。增加脉冲宽度，将减小热循环并缩小熔深变化，引进高传导性的焊接机械可增加脉冲宽度。

14 / 17

搜索“diyifanwen.net”或“第一范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，第一范文网，提供最新教学研究激光焊接基础知识 - 图文 (3)全文阅读和word下载服务。