大学物理论文激光焊接

激光焊接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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。

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。

扩展资料

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10^4~10^6W/CM^2。

(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。

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激光焊接的优点和缺点

激光焊接的优点和缺点，相信大家在生活中都会见过很多的焊接方法，那么大家也多多少少了解过激光焊接在生活中的作用，其实激光焊接的作用不仅大，对比普通的焊技术有很多的优点，下面是激光焊接的优点和缺点。

优点：

速度快、深度大、变形小。

能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。

激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。

可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

缺点：

要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。

激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。

激光焊接，是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。是激光材料加工技术应用的重要方面之一。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。

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，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。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。

激光焊接的好处优点

① 采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比，且焊接速度比较快。

② 由于激光焊接不需真空环境， 因此通过透镜及光纤， 可以实现远程控制与自动化生产。

③ 激光具有较大的'功率密度， 对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果，并能对不同性能材料施焊。

④ 可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

激光焊接的缺点

① 激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵， 因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高，经济效益较差。

② 由于固体材料对激光的吸收率较低， 特别是在出现等离子体后(等离子体对激光具有吸收作用、， 因此激光焊接的转化效率普遍较低(通常为5%~30%、。

③ 由于激光焊接的聚焦光斑较小，对工件接头的装备精度要求较高， 很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。

激光焊接对人有害吗？

焊接机发出的激光的不可见性和能量太高，非专业人员别去接触激光源，否则很危险。另外激光也属于电磁波，但是焊机用的激光波长都很大，所以没有紫外线之类短波长光波的辐射危害。

焊接过程中会产生许多气体，但大多是惰性气体，没啥毒性，但也要看焊接材料的不同区别对待，最好做好防护措施，减少气体吸入。

焊接机发出的激光几乎没有辐射危害，但是焊接过程中会有电离辐射和受激辐射，最好在焊接过程中远离焊接部位。这种被诱发的辐射这种不乏短波，而且对眼睛，身体影响不小，最好远离焊点。近距离作业要尽量做好防护措施如佩戴呼吸护具，穿辐射防护服，带眼罩。

优点

1、聚焦后的激光束具有很高的功率密度，加热速度快，可实现深熔焊和高速焊。由于激光加热范围小，在同等功率和焊接厚度条件下，焊接速度快、热影响区小、焊接应力和变形小。

2、激光能发射、透射，能在空间传播相当距离而衰减很小，可进行远距离或一些难以接近部位的焊接;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦，特别适合于微型零件、难以接近的部位或远距离的焊接。

3、一台激光器可供多个工作台进行不同的工作，既可用于焊接，也可用于切割、合金化和热处理，一机多用。

4、激光在大气中损耗不大，可以穿过玻璃等透明物体，适合于在玻璃制成的密封容器里焊接被合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响，不存在X射线防护，也不需要真空保护。

5、可以焊一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃:焊后无需热处理，适合于某些对热输入敏感材料的焊接。

缺点

1、等离子屏蔽问题。在激光焊接中母材受热熔化、汽化形成深熔小孔时，孔中充满金属蒸汽，金属气体与激光作用形成等离子云。等离子云吸收和反射性很强，降低金属材料对激光的吸收率，使激光的能量利用率降低。此外等离子云强烈时还可能对激光产生负透镜效应，严重影响激光束的聚焦效果。

2、桥接性差，焊缝装夹精度要求高。激光光斑直径很小，热作用区小，桥接能力很差，对焊缝接头对准的平整度和精度要求很高。采用激光焊接时焊缝的缝隙宽度不能大于0.2mm，否则激光透过缝隙太多，能量损失很大。同时接头两侧平整度太差时会发生焊接错位，将严重影响焊接质量。

这一方面对激光接头的准备提出了很高的要求，另一方面要求装夹精确，对装夹的技术要求高，这都增加了工艺要求和焊接成本。在工业适用化上的技术难度较大。

3、焊缝的硬度高，焊接热裂纹倾向大。激光焊接时功率密度很大，热作用区域很小，而热输入量小，所以焊接区域会产生很高的峰值温度和温度梯度，焊缝熔化金属快速凝固收缩，这会带来两方面的影响:一是焊缝的硬度很高，有时可能大大高于母材，这在诸如船舶等特殊工业中的应用有所限制;二是对于某些金属零件特别是经过深加工后存在高机械应力的金属焊接后工件热裂纹倾向大。