激光焊接技术原理

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发布时间：2022-01-31 13:02
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激光焊接是一种以高能量密度激光束为热源的高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术的重要应用之一。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，工件熔化并形成特定的熔池。由于其独特的优势，已成功应用于微小零件的精密焊接。

我国激光焊接处于世界先进水平，具备利用激光形成12平方米以上复杂钛合金构件的技术和能力，已投入国内多个航空科研项目的样机和产品制造。2013年10月，中国焊接专家荣获焊接领域较高学术奖项——布鲁克奖，中国激光焊接水平得到世界认可。

激光焊接可以通过连续或脉冲激光束来实现。激光焊接的原理可分为热传导焊接和激光穿透焊接。功率密度小于104~105 W/cm2即为热传导焊接，此时熔化深度和焊接速度都较慢；当功率密度大于105~107 W/cm2时，金属表面在热的作用下凹入“孔洞”，形成深熔焊，其特点是焊接速度快，深宽比大。

热传导激光焊接的原理是: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、峰值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的激光焊接机主要涉及激光深熔焊。

激光焊接一般采用连续激光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接非常相似，即通过Key-hole结构完成能量转换机制。在足够高功率密度的激光照射下，材料蒸发并形成孔隙。这个充满蒸汽的洞就像一个黑体，吸收了几乎所有入射光束的能量。孔腔内的平衡温度约为2500℃，热量从高温孔腔外壁传递，使孔腔周围的金属熔化。锁眼内充满了光束照射下壁材不断蒸发产生的高温蒸汽，锁眼壁被熔融金属包围，液态金属被固态材料包围(在大多数常规焊接工艺和激光传导焊接中，能量先沉积在工件表面，然后通过传输传递到内部)。孔外液体流动和壁层表面张力与孔腔内不断产生的蒸汽压力动态平衡。光束不断进入孔内，孔外的物质不断流动。随着光束的移动，孔始终处于稳定的流动状态。也就是说，孔和孔壁周围的熔融金属随着导梁的前进速度向前移动，熔融金属填充孔移开留下的间隙并与之凝结，从而形成焊缝。所有上述过程发生得如此之快，以至于焊接速度很容易达到每分钟几米。

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