激光热传导焊接
• 焊件结合部位被激光照射，金属表面吸收 光能而使温度升高，热量依照固体材料的 热传导理论向金属内部传播扩散。激光参 数不同时，扩散时间、深度也有区别，这 与激光脉冲宽度、脉冲能量、重复频率等 参数有关。 • 被焊工件结合部位的两部份金属，因升温 达到熔点而熔化成液体，很快凝固后，两 部份金属熔接焊在一起。
• 三、激光脉冲波形
• 热传导型激光焊接使用重复脉冲激光焊接材料， 为了焊接效果好，就要对激光脉冲波形有一定要 求。 • 金属在常温下对激光反射率较高，如钢铁类金属 表面对1 0 6 4 n m 波长的Y A G 激光的反射率 达6 0 % ，但金属表面温度升高以后，反射率迅 速下降，金属对激光能量的吸收率很快增加。简 单的方波脉冲使焊斑熔化不好，流动性差，甚至 出现裂纹，焊接效果不理想。
图3.11 重复脉冲激光放电波形
• 传统的电子电路与微处理机结合，实现了 以前电子电路无法实现的功能，有效地提 高了整机的性能和水准，通过单晶片微处 理机使激光脉冲可任意设置的激光器，就 是当前的较先进的一项技术，提高了激光 焊接机的功能，本来不能焊接或焊不好的 材料也可以焊得很好了。
图3 . 1 2
小孔效应
• 材料表面发生汽化而形成小孔，孔内金属蒸汽压 力与四周液体的静力和表面张力形成动态平衡， 激光可以通过孔中直射到孔底。这种现象称为小 孔效应（Keyhole Effect）。小孔的作用和黑体一 样，能将射入的激光能量完全吸收，使包围着这 个孔腔的金属熔化。孔壁外液体的流动和壁层的 表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保 持动态平衡。
汽车车身的激光焊接
1985年 1986年 1993年 目前
德国大众 日本丰田 北美
激光拼焊用于Audi车型底盘的焊接 添丝激光焊用于车身侧面框架的焊接
应用激光拼焊应对日本汽车的竞争
中国的奇瑞汽车采用激光焊接技术。 采用了激光拼焊技术，所涉及的汽 车结构件包括车身侧框架、车门内 板、挡风玻璃窗框、轮罩板、底板 、中间支柱等。
与激光热传导焊接相比，激光深熔焊接需要更 高的激光功率密度，一般需用连续输出的C O 2 激光器，激光功率在2 0 0 ～3 0 0 0 W 的范围 。激光深熔焊接的机制与电子束焊接的机制相近 ，功率密度在1 0 6 ～1 0 7 W / c m 2 的激光光 束连续照射金属焊缝表面，由于激光功率热密度 足够高，使金属材料熔化、蒸发，并在激光光束 照射点处形成一个小孔。这个小孔继续吸收激光 光束的光能，使小孔周围形成一个熔融金属的熔 池，热能由熔池向周围传播，激光功率越大，熔 池越深，当激光光束相对于焊件移动时，小孔的 中心也随之移动，并处于相对稳定状态。小孔的 移动就形成了焊缝，这种焊接的原理不同于脉冲 激光的热传导焊接。
（8）易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电 脑控制； （9）焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易 有回熔的困扰； （10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则 容易），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。
激光焊接应用
• 在工业发达国家，激光焊接已在许多工业部 门得到应用，而汽车是其中最重要的部门，最典 型的例子是车身覆盖件剪裁激光拼焊。用激光将 不同厚度，不同材质，不同性能的多块小坯料拼 焊起来，再冲压成形。材料利用率由40％～60％ 提高到70％～80％，而且减轻了重量，提高了综 合性能。在这里只有采用激光焊接才能保证拼焊 后表面平整，无翘曲和变形，确保冲压后的质量 。世界著名的汽车公司都采用了这种方法。
• 保护气体除防止熔化金属被 氧化之外，还有一个作用就 是吹掉焊接过程中产生的电 浆火焰，电浆火焰本身对激 光能量有吸收、散射作用， 影响焊接效果，减少熔接深 度。 • 激光深熔时，在一定压力 流速下的保护气体能够迅 速清除熔化区的空气，避 免金属氧化，同时保护气 体能够将电浆火焰保持在 熔池小孔内部，熔池内部 热量增多，使焊缝的熔深加大
• 优点
（1）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，机具的耗损及变形接可降至最低； （2）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范 围小，且因热传导所导致的变形亦最低； （3）可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使 用； （4）激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近 的部件激光焊接 （5）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； （6）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境 在控制下）； （7）可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质员 讲解： 资料： ppt：、
激光焊接
分类及 影响参数
优缺点
应用
激光焊接分类
• 激光焊接原理根据激光焊时焊缝的形成特 点，可以把激光焊分为热导焊和深熔焊。 前者使用激光功率低，熔池形成时间长， 且熔深浅，多用于小型零件的焊接；后者 的功率密度高，激光辐射区金属熔化速度 快，在金属熔化的同时伴有强烈的汽化， 能获得熔深较大的焊缝，焊缝的深宽比比 较大，可达12:1.
• 热传导型激光焊接，需控制激光功率和功 率密度，金属吸收光能后，不产生非线性 效应和小孔效应。激光直接穿透深度只在 微米量级，金属内部升温靠热传导方式进 行。激光功率密度一般在1 0 4 ～ 1 0 5 W / c m 2 ，使被焊接金属表面既能 熔化又不会汽化，而使焊件熔接在一起。
激光深熔焊接
• 为使焊缝平整光滑，实际焊接时，激光功 率在开始和结束时都设计有渐变过程，启 动时激光功率由小变大到预定值，结束焊 接时激光功率由大变小，焊缝才没有凹坑 或斑痕。
• 二、激光脉冲宽度
• 激光热传导焊接中，激光脉冲宽度与焊缝深度有 直接关系，也就是说脉冲宽度决定了材料熔化的 深度和焊缝的宽度。据文献记载，熔深的大小随 脉宽的1 / 2 次方增加 • 。如果单纯增加脉冲宽度，只会使焊缝变宽、过 熔，引起焊缝附近的金属氧化、变色甚至变形。 因此，特殊要求较大熔深时，可使聚焦镜的焦点 深入材料内部，使焊缝处发生轻微打孔，部份熔 化金属有汽化飞溅现象，焊缝深度变大，此时焊 缝表面平整度可能稍差。必要时，改变离焦量重 复焊接一遍，可使焊缝表面光滑美观。
• 当焊接工件以一定速度移动时，激光熔斑相互重 叠，重叠率由工件移动速度和激光重复频率来决 定。这种焊接状态与单脉冲点焊不同，当一个激 光脉冲聚焦的光斑照射到焊缝处时，前一个激光 脉冲已将该处金属材料加热，且前一个光斑照射 的部份金属已呈熔融状态，尚未来得及凝固或者 说未能完全凝固。因而这个激光脉冲到来时，焊 缝处的温度升高，金属的反射率降低，并不需要 前置尖峰脉冲的激光波形。一般可以通过重复的 熔斑对工件实现密封焊接，这是国内外目前使用 最多的激光脉冲波形。
带保护气体喷嘴的激光焊接头
激光焊接优缺点
• 缺点
（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围 （2）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； （3）当进行中能量至高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； （4）能量转换效率太低，通常低于10%； （5）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑； （6）设备昂贵。
目前为止 世界上几乎 所有的著名 汽车制造商
•
我国激光焊接技术经过十余年的研究，已开 始应用，包括电机中的定子转子、金刚石锯片、 多联齿轮、热轧硅钢片、显像管阴极、食品罐头 盒罐身等。例如用激光焊接技术焊接了装核燃料 棒的核供热堆锆元件盒，外形尺寸为 166.5mm×166.5mm×2384mm，采用2mm厚高活性锆 合金板焊接而成，最后在锆盒全长范围内，各面 及相互间的平面度、平行度、垂直度和尺寸公差 均达到在0.2～0.3mm范围内，正反面焊缝表面不 平度小于 0.15mm。充分体现了激光焊接的先进性 。
图3 . 1 5
焦平面示意
• 六、保护气体 在一些对焊接技术要求严格的场合，如要求焊缝 完美密封、无氧化痕迹的产品，或是易于氧化难于 焊的铝合金材料，在焊接过程中就必须施加保护气 体 氮气室上部有透光平板玻璃， 允许波长为1 0 6 4 n m 的激光束 射入到焊件的焊缝上，氮气 室内充满氮气，这样被焊接 金属零件在加热熔化过程中 就不会氧化，如焊接钢类零 件或不锈钢类零件时，得到 的焊缝是闪亮的，密封效果也好。
• 五、离焦量的选择
• 对于能够正常焊接的激光功率（或是脉冲能量） ，在焦平面处的激光功率密度往往已经超过激光 焊接所需的功率密度，在焦点位置焊接，可能会 出现金属汽化、熔渣飞溅或是打孔现象。正确焊 接技术是使焦平面离开工件表面一小段距离，这 个距离称为离焦量。以工件表面为准，焦平面深 入工件内部称为负离焦，焦平面在工件之外称为 正离焦。
图： 激光深熔焊接小孔效应示 意
焊接参数选择 1、激光功率
2、激光脉冲宽度
3、激光脉冲波形 4、激光脉冲重复频率
5、离焦量的选择
6、保护气体
• 一、激光功率
• 激光功率的大小是激光焊接技术的首选参数，只有保证了 足够的激光功率，才能得到好的焊接效果。 • 激光功率较小时，虽然也能产生小孔效应，但有时焊接效 果不好，焊缝内有气孔，激光功率加大时，焊缝内气孔消 失，因此激光深熔焊接时，不要采用勉强能够产生小孔效 应的最小功率。适当加大激光功率，可以提高焊接速度和 熔深，只有在功率过大时，才会引起材料过分吸收，使小 孔内气体喷溅，或焊缝产生疤痕，甚至使工件焊穿。
可任意设置的激光脉冲波形
• 四、激光脉冲重复频率
• 热传导焊接中，激光器发出重复频率激光脉冲， 每个激光脉冲形成一个熔斑，焊件与激光光束相 对移动速度决定了熔斑的重叠率，一系列的熔斑 形成鱼鳞纹似的漂亮焊缝。如仪器、仪表、电池 、继电器外壳的密封，板材、管件或需要连接的 电子零件、机械零件的焊接等大都使用这种方法 • 为了实现激光密封焊接，对于激光光斑的重复频 率有一定要求，一般要重叠7 0 % 以上，因为每 一个熔斑都是材料表面吸收了激光的能量通过热 传导向四周扩散的，所以熔斑断面形状为半球形 ，为了达到一定厚度的熔深，只有在高重复频率 下才能达到密封焊接。