激光焊接常见工艺参数解读

激光焊接事理

激光焊接属于熔融焊，以激光束作为焊接热源，其焊接事理是：通过特定的方法勉励活性介质，使其在谐振腔中来回震荡，进而转化成受激辐射光束，当光束与工件相互打仗时，其能量则被工件接管，当温度高达材料的熔点时即可进行焊接。

△激光焊接事理

按焊接熔池形成的机理划分，激光焊接有两种基本的焊接机理：热传导焊接和深熔（小孔）焊接。
热传导焊接时产生的热量通过热通报扩散至工件内部，使焊缝表面熔化，基本不产生汽化征象，常用于低速薄壁构件的焊接。
深熔焊使材料汽化，形成大量等离子体，由于热量较大，熔池前端会涌现小孔征象。
深熔焊能彻底焊透工件，且输入能量大、焊接速率快，是目前利用最广泛的激光焊接模式。

激光焊接紧张工艺参数

影响激光焊接质量的工艺参数较多，如功率密度、激光脉冲波形、离焦量、焊接速率和赞助吹保护气等。

1

激光功率密度

功率密度是激光加工中最关键的参数之一。
采取较高的功率密度，在微秒韶光范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。
因此，高功率密度对付材料去除加工，如打孔、切割、雕刻十分有利。
对付较低功率密度，表层温度达到沸点须要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。
因此，在热传导型激光焊接中，功率密度范围在104-106W/cm2。

2

激光脉冲波形

激光脉冲波形既是差异材料去除还是材料熔化的主要参数，也是决定加工设备体积及造价的关键参数。
当高强度激光束射至材料表面，材料表面将会有60～90%的激光能量反射而丢失掉，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。
一个激光脉冲讯号过程中，金属的反射率随韶光而变革。
当材料表面温度升高到熔点时，反射率会迅速低落，当表面处于熔化状态时，反射稳定于某一值。

△不同材质的激光焊接脉冲波形

3

激光脉冲宽度

脉宽是脉冲激光焊接的主要参数。
脉宽由熔深与热影响分区确定，脉宽越长热影响区越大，熔深随脉宽的1/2 次方增加。
但脉冲宽度的增大会降落峰值功率，因此增加脉冲宽度一样平常用于热传导焊接办法，形成的焊缝尺寸宽而浅，尤其适宜薄板和厚板的搭接焊。
但是，较低的峰值功率会导致多余的热输入，每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。

4

离焦量

激光焊接常日须要一定的离焦量，由于激光焦点处光斑中央的功率密度过高，随意马虎蒸发成孔。
离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

离焦办法有两种：

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。
按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面间隔相等时，所对应平面上的功率密度近似相同，但实际上所得到的熔池形状有一定差异。
负离焦时，可得到更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。

5

焊接速率

焊接速率决定了焊接表面质量、熔深、热影响区等。
焊接速率的快慢会影响单位韶光内的热输入量，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。
常日采取降落焊接速率的方法来改进熔深。

6

赞助吹保护气

赞助吹保护气在高功率激光焊接中是必不可少的一道工序。
一方面是为了防止金属材料溅射而污染聚焦镜；另一方面是为了防止焊接过程中产生的等离子体过多聚焦，阻挡激光到达材料表面。
激光焊接过程常利用氦、氩、氮等气体保护熔池，使工件在焊接工程中免受氧化。
保护气体种类和气流大小、吹气角度等成分对焊接结果有较大影响，不同的吹气方法也会对焊接质量产生一定的影响。

氦气不易电离（电离能量较高），可让激光顺利通过，光束能量不受阻碍地直达工件表面。
这是激光焊接时利用最有效的保护气体，但价格比较贵。

氩气比较便宜，密度较大，以是保护效果较好。
但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也危害焊接速率与熔深。
利用氩气保护的焊件表面要比利用氦气保护时来得光滑。

氮气作为保护气体最便宜，但对某些类型不锈钢焊接时并不适用，紧张是由于冶金学方面问题，如接管，有时会在搭接区产生气孔。

激光焊接作为一种新型焊接技能，具有高能量密度、高速率、高精度、深穿透、适应性强等特点，其运用范围越来越广泛，不仅能提高生产效率，更提高了焊接质量，激光焊接技能必将在材料加工领域发挥更主要的浸染。