激光焊接工艺的基本知识

1

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

2016－March 2 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

2

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

2016－March 3 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

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。

4 2016－March 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

3

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

5 2016－March 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

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

6 2016－March 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

4

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

激光焊接的工艺参数

1、功率密度。

功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/CM2。

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，尤其对于薄片焊接更为重要。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，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。

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、离焦量对焊接质量的影响。

激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。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。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

激光焊接工艺

激光焊接是一种高能量浓缩的焊接方法，适用于多种材料的焊接。它利用高能量激光束来熔化和连接材料，具有焊接速度快、热影响区小和焊缝质量高等优点。

工艺步骤

激光焊接工艺主要包括以下步骤：

1. 准备工作：清洁和处理要焊接的材料表面，确保无污染和氧化层。

2. 调试设备：调整激光焊接机的参数，如功率、脉冲周期和激光束聚焦等，以适应不同材料的焊接需求。

3. 对位与固定：将要焊接的材料对准并固定在焊接平台上，确保位置准确和稳定。

4. 开始焊接：通过控制激光束的运动和功率输出，开始焊接过程。焊接速度和功率的控制会影响焊接深度和焊缝质量。

5. 检查与整理：焊接完成后，进行焊缝检查和整理，确保焊缝质量和外观。

优势和应用

激光焊接具有以下优势：

- 焊接速度快：激光焊接速度可以达到每秒数米，远快于传统焊接方法。

- 热影响区小：激光焊接瞬间完成，热影响区较小，可以避免材料的变形和热损伤。

- 焊缝质量高：激光焊接可以实现高精度和高品质的焊缝，焊接强度和密封性好。

激光焊接广泛应用于以下领域：

- 电子：电子元器件的焊接，如电路板、芯片封装等。

- 汽车制造：汽车零部件的焊接，如车身焊接、发动机部件的连接等。

- 航空航天：航空航天器件的焊接，如航天器部件连接、发动机燃烧室焊接等。

激光焊接工艺是一种先进且高效的焊接方法，具有广阔的应用前景。熟练掌握激光焊接工艺，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。

激光焊接工艺方法和技术

激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，即激光辐射加热工件表面，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、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。

一、激光焊接的工艺参数。

1、功率密度。 功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。

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，尤其对于薄片焊接更为重要。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，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。

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、离焦量对焊接质量的影响。 激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。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。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。