激光焊接工艺

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通快TruFlow 6000-15000激光培训 激光焊接工艺和应用 －激光焊接技术与工艺

上海交通大学激光制造实验室

内容提要

1.激光焊接分类和主要特点

2.主要激光焊接技术工艺

激光（填丝）焊

激光－电弧复合焊

双光束激光焊

激光钎焊

激光点焊

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1.激光焊接的分类及其特点 根据激光对工件的作用方式或激光束输 出方式不同：

根据实际作用在工件上的功率密度或焊

缝的形成特点：  脉冲激光焊接

 连续激光焊接  激光热传导焊接

 激光深熔焊接

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脉冲激光焊

特点

脉冲激光焊类似于点焊，每个激光脉冲在金属上形

成一个焊点（约微米数量级）。

主要应用于微型、精密元件和微电子元件的焊接。

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脉冲激光焊的工艺参数 脉冲能量和宽度： 脉冲能量决定加热能量的大小，影响金属的熔化量

脉冲宽度决定加热时间，影响熔深和热影响区大小

脉冲能力一定，对不同材料，各存在一个最佳脉冲宽度

功率密度：

功率密度较小时，焊接以传热焊方式进行，焊点直径和熔

深由热传导决定

功率密度达到一定值（106 W/cm2），产生小孔效应，形成

深宽比大于1的焊点

功率密度过大，金属蒸发剧烈，不能形成牢固焊点

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热传导激光焊

特点

加热速度快、焊点小、焊缝窄、热影响区小

因此，焊接变形小，精度高，焊接质量好

广泛用于汽车、飞机等工业制造中

焊接难于接近的部位，如水下焊接

将绝缘材料和导体材料焊接

焊接有色金属，异种金属

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热传导（脉冲）激光焊的工艺参数 脉冲能量：影响金属熔化量 7 2016－March 焊点熔深h和直径d随脉冲能量

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文章编号：1002-025X(2013)07-0030-03

动力电池壳体激光焊接工艺

李林贺。邓适

(力神迈尔斯动力电池系统有限公司，天津300191)

摘要：针对动力电池壳、盖激光焊接试验，通过调整激光焊机脉宽、频率、峰值功率等工艺参数．验证不同参数对激光单点能量及焊接平均功率的影响，结合平均功率对焊缝熔深影响及不同熔深状态下与焊缝耐压强度的对应关系，进而优化激光焊接工艺参数，确保动力电池激光焊接过程的稳定性和焊接质量的一致性。关键词：动力电池；激光焊接；熔深中图分类号：TG456．7文献标志码：B

O绪论

电动汽车不仅能减少或不使用石油，且能降低

尾气排放，甚至实现尾气零排放，而在当今节能降

耗和环保双重压力下。实现汽车能源动力系统电气

化，推动传统汽车业结构转型，在国际上已经形成

了广泛共识。我国已出台许多相关优惠政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展，因此，电动汽车

的发展将会步人关键时期，并迎来更多机遇与挑战。

动力电池是电动汽车的关键技术，决定了汽车

的运行里程和成本，而电池壳体的激光焊接又成为

动力电池制作的重要工序。焊接质量的好坏直接决

定电池的密封性及耐压强度．从而影响电池的使用

寿命和安全性能。结合本公司实际生产情况，通过激光焊接工艺参数摸索及焊接质量确认，建立合理

的工艺参数范围。为动力电池壳体激光焊接过程的

稳定性及产品质量的一致性提供了有力保障。

1激光焊接试验

本公司动力电池壳体基本上为3003系铝合金．

厚度在0．6～0．8mm之间。由于各型号电池都用于电

动汽车，因此，对焊接后的密封性及耐压强度要求很高，图1为电池壳体焊接示意图。

收稿日期：2013—05—05围1电池壳体焊接示意图

激光焊接主要工艺参数有峰值功率、脉宽、频

率、离焦量及焊接速度等，其任何一个参数的变化

及不稳定都会直接影响焊接质量的效果。实际焊接

过程采用的激光功率为600W，波长为1064．tim，光纤直径为600斗m的激光设备。

激光焊接原理与主要工艺参数

1．激光焊接原理

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。

其中热传导型激光焊接原理为：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。

用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。

激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。

2. 激光深熔焊接的主要工艺参数

1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。

科技信息　

激光焊接工艺的质量控制　

同煤集团煤峪１：７矿机电科郭有红　

［摘要］激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中　的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，　其激光焦点的功率密度为１０４￣１０７Ｗ／ｃ　，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取　决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。这种焊接工艺在　未来工业事业中将会得到广泛的应用与研究。　［关键词］激光焊接　工艺　质量　

０．引言　激光焊接与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵，一次　性投资大，技术要求高的问题，使得激光焊接在我国的工业应用还相当　

有限，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于　

大规模生产线和柔性制造。其中，激光焊接在汽车制造领域中的许多　成功应用已经凸现出激光焊接不同于传统焊接方法的特点和优势，也　

为许多大功率激光器制造商和激光焊接设备制造商提供了更为诱人的　

经济效益前景。　

１．激光焊接的一般特点　激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加下工艺，它与电子束　

等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：①激光束的激光焦点　

光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；②激光焊　

接是无接触加工，没有工具损耗和—亡具调换等问题。激光束能量可调，　移动速度可调，可以多种焊接加工；③激光焊接自动化程度高，可以用　

计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的　焊接；④激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；⑤激光　

可通过玻璃焊接处于真空容器内的丁件及处于复杂结构内部位置的工　

件；⑥激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；⑦激光焊接与电子束加　

工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；⑧激光焊接生产效