激光焊接原理及工艺应用分解学习教案

1、会计学1激光焊接原理及工艺激光焊接原理及工艺(gngy)应用分解应用分解第一页，共44页。1、激光、激光(jgung)原理原理及特性及特性第1页/共44页第二页，共44页。什么(shn me)是激光?镭射=激光(jgung)=LASERLASER是英文的“受激辐射光放大”的首字母缩写。ight mplification by timulated mission of adiationLASER光线放大受激辐射辐射第2页/共44页第三页，共44页。第3页/共44页第四页，共44页。第4页/共44页第五页，共44页。第5页/共44页第六页，共44页。第6页/共44页第七页，共44页。第7页/共44

2、页第八页，共44页。第8页/共44页第九页，共44页。l 氙灯为惰性气体(duxng q t)放电灯，我们使用的灯的形状多为直管形。其结构一般都是由电极、灯管和充入的氙（Xe）气体组成。电极是用高熔点、高电子发射率，又不易溅射的金属材料制成。灯管用机械强度高、耐高温、透光性好的石英玻璃制成。灯管内充入氙气。第9页/共44页第十页，共44页。l Nd：YAG（掺钕的钇铝石榴石）是目前最常用(chn yn)的一类固体激光器。YAG是一种立方结构晶体，质地很硬、光学质量好、热导率高。用三价钕代替了晶体中部分的三价钇，因此称为掺钕的钇铝石榴石。第10页/共44页第十一页，共44页。第11页/共44页第

3、十二页，共44页。图2-6图2-7 谐振腔结构M1100%M298%L第12页/共44页第十三页，共44页。第13页/共44页第十四页，共44页。第14页/共44页第十五页，共44页。第15页/共44页第十六页，共44页。第16页/共44页第十七页，共44页。第17页/共44页第十八页，共44页。激光器分类激光器分类(fn li)CO2激光器YAG激光器半导体激光器光纤激光器其它激光器YAG脉冲激光焊接机由于加工精度高，热输入量小，工件变形小，生产效率脉冲激光焊接机由于加工精度高，热输入量小，工件变形小，生产效率(xio l)快，自动化程度高等优点，被广泛应用于快，自动化程度高等优点，被广泛应

4、用于IT消费类电子产品的加工制造中消费类电子产品的加工制造中第18页/共44页第十九页，共44页。2、激光焊接原理、激光焊接原理(yunl)及特性及特性第19页/共44页第二十页，共44页。激光焊接激光焊接(hnji)原理原理激光焊接激光焊接(hnji)原理原理 激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而(cng r)使被焊物熔

5、化并形成牢固的焊点和焊缝。使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。第20页/共44页第二十一页，共44页。激光激光(jgung)焊接原理焊接原理v激光激光(jgung)焊接一般分为热传导焊接和深熔焊焊接一般分为热传导焊接和深熔焊v激光激光(jgung)功率密度为功率密度为105106w/cm2形成激光形成激光(jgung)热传导焊热传导焊v激光激光(jgung)功率密度为功率密度为105106w/cm2形成激光形成激光(jgung)深熔焊深熔焊第21页/共44页第二十二页，共44页。激光激光(jgung)焊接的特性焊接的特性与其它焊接方式相比，激光焊接具有与其它焊接方式相比，激光焊接具有(jyu)

6、以下特性：以下特性：能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊缝深宽比大能量集中，焊接效率高、加工精度高，焊缝深宽比大热输入量小，热影响区小，工件残余应力和变形小热输入量小，热影响区小，工件残余应力和变形小非接触式焊接，光纤传输，可达性较好，自动化程度高非接触式焊接，光纤传输，可达性较好，自动化程度高接头设计灵活，节省原材料接头设计灵活，节省原材料焊接能量可精确控制，焊接效果稳定，焊接外观好焊接能量可精确控制，焊接效果稳定，焊接外观好第22页/共44页第二十三页，共44页。激光焊接激光焊接(hnji)的特性的特性焊接方式焊接方式热影响区热影响区热变形热变形焊缝质量焊缝质量是否添加焊料是否添加焊料焊接

7、环境焊接环境激光焊接激光焊接较小较小较好否无要求电子束焊电子束焊较小较小较好否真空等离子弧焊等离子弧焊一般一般一般是需电极电阻焊电阻焊较大较大一般否需电极氩弧焊氩弧焊较大较大一般是需电极钎焊钎焊一般一般一般是整体加温各种焊接方式各种焊接方式(fngsh)比较比较第23页/共44页第二十四页，共44页。3、金属材料的激光(jgung)焊接工艺第24页/共44页第二十五页，共44页。钢及其合金钢及其合金(hjn)的焊接的焊接316L不锈钢激光不锈钢激光(jgung)点点焊焊316L不锈钢激光不锈钢激光(jgung)点焊焊点点焊焊点截面截面v不锈钢使用普通方波即可获得良好的焊接效果不锈钢使用普通方波

8、即可获得良好的焊接效果v设计焊接结构时，尽量使焊点远离非金属物质设计焊接结构时，尽量使焊点远离非金属物质v为满足强度及外观要求，应尽量预留足够的焊接区域及工件厚度为满足强度及外观要求，应尽量预留足够的焊接区域及工件厚度v焊接时应、保证工件的清洁度及环境的干燥度焊接时应、保证工件的清洁度及环境的干燥度第25页/共44页第二十六页，共44页。铝及其合金铝及其合金(hjn)的焊接的焊接铝合金螺柱激光铝合金螺柱激光(jgung)点点焊焊铝合金螺柱激光铝合金螺柱激光(jgung)点焊点焊v铝合金材料反光率很高，焊接时需要较高的激光峰值铝合金材料反光率很高，焊接时需要较高的激光峰值v脉冲点焊时易产生裂纹，

9、影响焊接强度脉冲点焊时易产生裂纹，影响焊接强度v材料成份易产生偏析，容易产生飞溅，应选择较好的原材料材料成份易产生偏析，容易产生飞溅，应选择较好的原材料v一般使用大光斑和长脉宽可以取得较好的焊接效果一般使用大光斑和长脉宽可以取得较好的焊接效果第26页/共44页第二十七页，共44页。铜及其合金铜及其合金(hjn)的焊接的焊接紫铜紫铜(ztng)密封缝焊密封缝焊黄铜黄铜(hun tn)插接件插接件缝焊缝焊v铜材料反光率相比铝合金更高，焊接激光峰值更高，激光头需倾斜一定角度铜材料反光率相比铝合金更高，焊接激光峰值更高，激光头需倾斜一定角度v针对一些铜合金，如黄铜、白铜等，受合金元素影响，焊接难度较大

10、，焊接时需针对一些铜合金，如黄铜、白铜等，受合金元素影响，焊接难度较大，焊接时需注意工艺参数的选择注意工艺参数的选择第27页/共44页第二十八页，共44页。异种金属异种金属(jnsh)焊接焊接铝合金与镀金铝合金与镀金(d jn)磷铜小片点焊磷铜小片点焊铝合金与镀金铝合金与镀金(d jn)磷铜小片点焊磷铜小片点焊v能否形成固溶体能否形成固溶体v异种金属之间的负电性差异是否较大异种金属之间的负电性差异是否较大v其它影响因素其它影响因素第28页/共44页第二十九页，共44页。异种金属异种金属(jnsh)焊接焊接v能否形成固溶体，异种金属在液态及固态下能否互溶，只有能无限能否形成固溶体，异种金属在液态

11、及固态下能否互溶，只有能无限(wxin)互溶时，才互溶时，才v 能形成牢固焊接接头，一般只有两者之间的原子半径差小于能形成牢固焊接接头，一般只有两者之间的原子半径差小于14%15%时，才能时，才能v 形成溶解度较大甚至无限形成溶解度较大甚至无限(wxin)互溶的固溶体互溶的固溶体v异种金属之间的负电性差异是否较大，相差越大，则他们之间的化学亲和力就异种金属之间的负电性差异是否较大，相差越大，则他们之间的化学亲和力就v 越强，就越倾向于生成化合物而不利于形成固溶体，所形成的固溶体溶解度也越强，就越倾向于生成化合物而不利于形成固溶体，所形成的固溶体溶解度也v 就越小，其焊接接头强度也越低就越小，其

12、焊接接头强度也越低v此外，异种金属焊接还跟材料之间的熔点、线膨胀系数、导热率、比热、氧化此外，异种金属焊接还跟材料之间的熔点、线膨胀系数、导热率、比热、氧化v 性、反光率等性能有很大关系，这些物理特性相差越大，则越难焊接，所形成性、反光率等性能有很大关系，这些物理特性相差越大，则越难焊接，所形成v 的焊接接头强度越差的焊接接头强度越差v通常钢与铜、铝和镍、铜和镍等异种金属材料的激光焊接性都比较好，能获得通常钢与铜、铝和镍、铜和镍等异种金属材料的激光焊接性都比较好，能获得v 较好的焊接质量较好的焊接质量异种金属能否形成优质焊接接头主要取决于被焊金属的物理性能、化学异种金属能否形成优质焊接接头主要

13、取决于被焊金属的物理性能、化学(huxu)性能、化学性能、化学(huxu)成分和工艺措施，通常从以下几个方面考量：成分和工艺措施，通常从以下几个方面考量：第29页/共44页第三十页，共44页。4、激光焊接(hnji)常见缺陷及应对措施第30页/共44页第三十一页，共44页。激光焊接激光焊接(hnji)常见缺陷及应常见缺陷及应对措施对措施焊点焊点(hn din)表面飞溅表面飞溅内部焊接气孔内部焊接气孔出现焊接裂纹出现焊接裂纹产生焊接变形产生焊接变形激光焊接激光焊接(hnji)时工艺参数不正确，措施不良，往往会导致一些焊时工艺参数不正确，措施不良，往往会导致一些焊接接(hnji)缺陷的产生：缺陷的

14、产生：第31页/共44页第三十二页，共44页。焊点表面焊点表面(biomin)飞溅飞溅焊接飞溅焊接飞溅 激光焊接时产生飞溅的主要原因是激光功率密度过高，工件在短时间内吸收了激光焊接时产生飞溅的主要原因是激光功率密度过高，工件在短时间内吸收了较多的激光能量，材料严重气化，熔池反应剧烈形成焊接飞溅，飞溅不仅影响工较多的激光能量，材料严重气化，熔池反应剧烈形成焊接飞溅，飞溅不仅影响工件的外观和装配精度，更会影响焊接强度，造成产品件的外观和装配精度，更会影响焊接强度，造成产品(chnpn)不良不良激光激光(jgung)(jgung)焊接时焊接时产生的飞溅产生的飞溅第32页/共44页第三十三页，共44页

15、。焊点焊点(hn din)表面飞溅表面飞溅引起飞溅具体原因引起飞溅具体原因(yunyn)，可以归纳为以下几点：，可以归纳为以下几点：激光峰值功率过高，形成焊接飞溅激光峰值功率过高，形成焊接飞溅焊接波形不合适，对高反射率材料未使用合适波形焊接焊接波形不合适，对高反射率材料未使用合适波形焊接材料成份偏析，造成局部吸收率提高，形成焊接飞溅材料成份偏析，造成局部吸收率提高，形成焊接飞溅工件表面有污物或非金属物质，造成吸收率提高，形成焊接飞溅工件表面有污物或非金属物质，造成吸收率提高，形成焊接飞溅两工件之间或工件底部有低熔点物质，焊接时形成大量气体，造成飞溅两工件之间或工件底部有低熔点物质，焊接时形成大

16、量气体，造成飞溅焊接部位焊接部位(bwi)形成中空的封闭空间，焊接时空间内的空气受热膨胀形成飞形成中空的封闭空间，焊接时空间内的空气受热膨胀形成飞溅溅第33页/共44页第三十四页，共44页。防止飞溅防止飞溅(fijin)的措施的措施一般从以下一般从以下(yxi)几个方面来改善焊接效果，防止焊接飞溅：几个方面来改善焊接效果，防止焊接飞溅：优化焊接焊接工艺参数，如降低峰值功率或使用尖峰波优化焊接焊接工艺参数，如降低峰值功率或使用尖峰波选用合格选用合格(hg)优质的原材料优质的原材料加强焊前清洗，祛除油污杂质加强焊前清洗，祛除油污杂质合理设计焊接结构合理设计焊接结构第34页/共44页第三十五页，共4

17、4页。焊点内部焊点内部(nib)气孔气孔 气孔是激光焊接中最常见的缺陷，激光焊接热循环快，熔池存在的时间短，气孔是激光焊接中最常见的缺陷，激光焊接热循环快，熔池存在的时间短，造成焊接时形成造成焊接时形成(xngchng)的气体来不及从熔池中溢出，从而形成的气体来不及从熔池中溢出，从而形成(xngchng)焊接气孔焊接气孔焊接焊接(hnji)气孔气孔激光焊接时产生的气孔激光焊接时产生的气孔第35页/共44页第三十六页，共44页。气孔气孔(qkng)的分类的分类激光焊接时常见的气孔一般激光焊接时常见的气孔一般(ybn)可以分为以下几类：可以分为以下几类：氢气孔氢气孔一氧化碳气孔一氧化碳气孔小孔坍塌

18、气孔小孔坍塌气孔第36页/共44页第三十七页，共44页。气孔气孔(qkng)的预防措施的预防措施气孔气孔(qkng)是激光焊接时的常见缺陷，应跟据气孔是激光焊接时的常见缺陷，应跟据气孔(qkng)产生的机理采取相应的预防措施：产生的机理采取相应的预防措施：减小气孔来源减小气孔来源 工件表面水、油污、氧化膜等融入熔池，发生冶金或物理，析出气体，当气体来不及溢出工件表面水、油污、氧化膜等融入熔池，发生冶金或物理，析出气体，当气体来不及溢出(y ch)熔池，就会形成气孔，因此焊接前应做好工件清洗工作，甚至增加预热，可有效减小气孔产生几率熔池，就会形成气孔，因此焊接前应做好工件清洗工作，甚至增加预热，

19、可有效减小气孔产生几率延长熔池存在时间延长熔池存在时间 由于激光焊接的特性，其热循环时间快，熔池存在时间短，熔池中析出的气体往往来不及金属就凝固了，所以延长熔池存在的时间也是减少气孔产生的一个有效方法，具体做法可以延长焊接脉宽由于激光焊接的特性，其热循环时间快，熔池存在时间短，熔池中析出的气体往往来不及金属就凝固了，所以延长熔池存在的时间也是减少气孔产生的一个有效方法，具体做法可以延长焊接脉宽改变离焦量改变离焦量 焊接时，激光在焦点或负离焦位置焊接时，熔池反应剧烈，合金元素气化严重，往往成为产生气孔的气体来源，当改变离焦位置，使焊接能量更加柔和，则可减少金属元素气化形成的气孔焊接时，激光在焦点

20、或负离焦位置焊接时，熔池反应剧烈，合金元素气化严重，往往成为产生气孔的气体来源，当改变离焦位置，使焊接能量更加柔和，则可减少金属元素气化形成的气孔第37页/共44页第三十八页，共44页。焊前处理焊前处理(chl)方法方法工艺工艺材料材料脱脱 脂脂碱碱 洗洗冲洗冲洗中中 和和 光光 化化冲洗冲洗干干 燥燥NaOH溶液溶液质量分数质量分数温度温度（）时间时间(minmin)HNO3HNO3溶液溶液质量分数质量分数温度温度（）时间时间(min)纯铝纯铝汽油煤油汽油煤油6%6%10%10%405020清水清水30%室温室温13清水清水风干或风干或低温干燥燥低温干燥燥铝镁、铝镁、铝锰合金铝锰合金汽油煤油

21、汽油煤油6%10%40507清水清水30%室温室温13清水清水风干或风干或低温干燥低温干燥以铝合金为例，可以采用化学或机械两种焊前处理以铝合金为例，可以采用化学或机械两种焊前处理(chl)方式来减少气孔等焊方式来减少气孔等焊接缺陷：接缺陷：化学化学(huxu)清洗清洗v机械清理机械清理 先用有机溶剂先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污，然后用细铜线刷至表面露出金属光泽，或者用刮刀清理表面擦拭焊件表面的油污，然后用细铜线刷至表面露出金属光泽，或者用刮刀清理表面 第38页/共44页第三十九页，共44页。焊接焊接(hnji)裂纹裂纹激光激光(jgung)(jgung)焊

22、接焊接时产生的裂纹时产生的裂纹激光焊接时裂纹危害很大，严重影响工件的焊接强度，降低工件的使用寿命，因激光焊接时裂纹危害很大，严重影响工件的焊接强度，降低工件的使用寿命，因此预防此预防(yfng)裂纹有重要意义，激光焊接加热冷却时间快，加大了材料产生裂纹的几率裂纹有重要意义，激光焊接加热冷却时间快，加大了材料产生裂纹的几率，必须采取一定措施加以改善，必须采取一定措施加以改善第39页/共44页第四十页，共44页。裂纹裂纹(li wn)的分类的分类热裂纹热裂纹(li wn)，包括结晶裂纹，包括结晶裂纹(li wn)、多变化裂纹、多变化裂纹(li wn)和液化裂纹和液化裂纹(li wn)冷裂纹冷裂纹(

23、li wn)，包括延迟裂纹，包括延迟裂纹(li wn)、淬硬脆化裂纹、淬硬脆化裂纹(li wn)和低塑性脆化裂纹和低塑性脆化裂纹(li wn)再热裂纹再热裂纹(li wn)，主要指消除应力热处理裂纹，主要指消除应力热处理裂纹(li wn)和和SR裂纹裂纹(li wn)层状撕裂层状撕裂按照裂纹按照裂纹(li wn)形成机理，裂纹形成机理，裂纹(li wn)可分成以下几类：可分成以下几类：第40页/共44页第四十一页，共44页。裂纹裂纹(li wn)的预防的预防激光焊接主要生成的是热裂纹，在焊接铝合金和高碳高合金钢时常常激光焊接主要生成的是热裂纹，在焊接铝合金和高碳高合金钢时常常产生产生(chnshng)裂纹，预防措施如下：裂纹，预防措施如下：v焊接某些牌号的铝合金或高碳高合金钢时，由于材料脆硬倾向大，在波焊接某些牌号的铝合金或高碳高合金钢时，由于材料脆硬倾向大，在波v形上需增加预热跟