激光焊接技术概述

激光焊接通常不采用填充焊料，因此零件之间的配合间隙要小于最精细零件厚度的15%。零件各部分都要相对清洁，因为焊接速度很快，来不及将杂质烧掉。多数活性金属的焊接要求有保护气体，但是许多合金也可以在空气中进行焊接。

焊接时的热能输入和焊点形状可以由激光参数及光学部件控制，分别进行热传导模式焊接，熔透焊接，和小孔焊接。热传导焊接的深度较浅，范围较宽，类似于GTAW或TIG焊缝形状。这种焊接常常用于一些小型器件，比如医疗设备和工具，或者中继罐及电池这样的电子产品，它们需要焊接处光滑，外形美观。熔透模式焊接的深度与焊接宽度相当或略深于宽度。采用熔透模式焊接时，输入的热能小，熔池小而深，可以用更低平均功率的激光器。由于焊接周期中维持小孔的需要，小孔模式焊接只用连续或超级模式的连续激光器。小孔焊接熔池深度宽度比高，达到6：1，是效率最高的焊接过程。脉冲，连续，超级模式的连续激光器都能在热传导模式下工作，连续激光器可以用熔透模式，而只有超级模式连续激光器可以用于小孔焊接模式。

焊接系统

脉冲Nd: YAG激光器能发出多种多样的脉冲，焊接时可以设置脉冲的能量，峰值功率，局部的走势和形状等。正是通过控制这些脉冲参数，脉冲YAG激光器成为全面的焊接系统。即使是低平均功率的脉冲YAG激光器也能进行大点焊，深度点焊和缝焊，因为与材料的相互作用由以上的脉冲参数决定，而平均功率对焊接的影响不大。脉冲YAG激光器能产生几十焦耳能量的脉冲，而激光器的平均功率只有100w。脉冲的峰值功率通常最小为2KW，也可高达10KW。总的来说，脉冲Nd:YAG激光器可用于各种点焊，或者是热敏元件的缝焊，以及铝和铜合金的焊接。脉冲的能量越高，单个脉冲所熔化的材料就越多，所以熔深是由脉冲能量而不是平均功率来决定的。脉冲激光器的峰值功率将克服铝，铜及其他类似合金的反射和散热等不利因素。脉冲激光器焊接深度能达到3mm。铁合金与高镍合金焊接时的峰值功率需要达到1KW，铝合金峰值功率需要大约3KW，铜合金需要5KW。可以分段调整脉冲的形状使焊接质量最优化，并实现不相近的金属之间的焊接。JK激光器拥有最新的脉冲整形技术。通过在整个脉冲范围内调整峰值功率来控制冷却速率，减少裂缝，消除气孔，改善焊接外观。

连续激光器与超级模式连续激光器用于快速，低热能输入，缝焊和拼焊的情况。这些激光器能进行连续的或高速模式及超级模式的激光输出，为高速焊接和深度焊接提供连续的熔池。真正的脉冲激光器每次脉冲都形成新的熔池并覆盖前次脉冲高达90%，而连续激光器输入很低的热能就可以焊接了。

然而，连续或超级模式的连续激光器必须用较高的平均功率来进行更深的熔透焊接。为了提高焊接深度，激光器要加大平均功率或者降低焊接速度。这些激光器能进行热传导模式，熔透模式，甚至是近似电子束焊接的小孔模式焊接。可以对激光束进行不同的调整，如定点模式，缝焊模式以功率爬升模式。而许多模式都包含在受到专利保护的超级模式中。采用超级模式能将铁合金焊接深度或速度提高40%，铝合金的焊接能力提高600%。

超级模式可实现正弦波形和方波输出，激光的峰值功率达到平均功率的2倍，而平均功率与连续输出时相同。比如，平均功率1KW的激光器能产生100-1000Hz范围内的波形输出，峰值功率达到2KW，而平均功率仍然为1KW。焊接区产生的烟尘及微粒子会使激光束发生散射，大约有40%的激光能量会在焦点处损失。烟尘集中到能反射激光束的程度需要一些时间。当激光能量减少时，烟尘会迅速消散。超级模式就是利用了这一点，在烟尘达到一定浓度之前迅速输入能量，然后等烟尘降到反射浓度阈值之下后开始输出下一个高峰值功率。不同的合金有不同的超级调整频率。在焊接中使用超级调整也能减少孔隙及发热量。在铁合金中，这些超级模式的连续激光器能在平均功率500W的情况下达到1.5mm的熔深，在1KW情况下达到3.5mm的熔深，而2KW情况下熔深可达到8mm。

这两种激光通常都采用光纤束传输，简化了焊接系统设计，并使焊接过程更加一致可靠。光纤标准长度为5-50m，末端有称为聚焦头的标准聚焦装置，聚焦头将光纤传输过来的激光束聚焦到工件上。这些聚焦头可以是简单的直筒形状元件，也有90度角的拐角形状。CCTV监视系统是常用选项，它可以透过激光棱镜将照相机的焦点投射到工件表面，再加一个十字交叉线发生器，系统就具备了简单的“对准、加工”功能。其他的选项还包括多点棱镜，环形焦点光学镜头，焊嘴，气刀等。

时间共享和能量共享的多路传输方式

光纤传输可以使激光束通过时间共享和能量共享多路传输到同一工作站的不同工件或不同工作区。时间共享方式最多可以实现6路光纤输出，每个光纤之间的转换时间低至50msec。激光参数可以在不同的工作站之间修改。当激光加工时间比工件安装时间或变位时间短，以及工作站之间同步要求不严格时常采用时间共享方式。能量共享方式是将激光能量分配到多路光纤进行同步传输。这样可以实现50：50的2路传输，或者等额能量的3路或4路传输。根据加工要求，系统也可以设置为不等额传输。能量共享方式能够使焊接过程中没有变形。当焊接同时发生在同一工件的对称位置时，焊接产生的力会对等并相互抵消。如果能同时焊接，能量共享模式还能缩短产品的生产周期。能量共享传输同时还能采用时间共享模式。

GSI集团在全球的应用中心会帮助您开发激光焊接解决方案。我们能提供具体到以下方面的支持，如选择适合的激光源，光束传输，及焊接规划。对于其他项目，我们能帮您选择合金，进行焊缝设计，安装开发，订制光学系统，控制整合，及测试样品的生产。

设计者与产品工程师应该熟悉激光器的特性，优势，及应用，也应该了解如何设计零件，应用和系统，这样才能最大限度的发挥激光焊接的优势。自从工业激光器出现起，激光焊接已经代替了传统焊接加工，比如电阻点焊或电弧焊接，因为激光焊接有如下几个基本优势：

发热量最小，元件变形最小
一致性好，可重复性高
(HAZ) 热响应区小
焊缝狭窄美观
焊接高强度
容易实现过程自动化
高精确度，控性灵活
能焊接不同材料
通常不需要助焊剂或填充材料
光束操作灵活，可以光纤传输
能够对其他技术难以焊剂的区域进行焊接
通常比其他技术速度更快，有更大的产量
用途广泛 (同一工具可用于激光切割于激光钻孔)

（文章转自网络，作者：GSI）

billy5858	2013-07-24 12:15
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