激光焊屬于高能量密度束流焊接,焊接速度高,線能量小,因而具有焊點(diǎn)小或焊縫窄、熱影響區(qū)小、焊接變形小、焊縫平整光滑等特點(diǎn)。加之聚焦激光束的指向性十分穩(wěn)定,不受電、磁場及氣流的影響,且光束的焦斑位置可預(yù)先精確定位,故激光焊特別適合于精密結(jié)構(gòu)件及熱敏感器件的裝配焊接要求。
激光焊設(shè)備的造價高,能量置換率低是其不足之處,但激光焊的高生產(chǎn)率及易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化的優(yōu)點(diǎn),在大規(guī)模生產(chǎn)中仍有可能使每件產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)成本相對較低。在激光焊與傳統(tǒng)的生產(chǎn)成本相等或略高的場合,如果激光焊產(chǎn)品能獲得更好的技術(shù)性能,如更長的使用壽命、良好的產(chǎn)品外觀、較少的焊后表面處理時間等,則采用激光焊仍然是合適的。對于那些非采用激光焊不可的熱敏感器件及要求焊接變形極小的精密結(jié)構(gòu)件,焊接成本的高低將不再是考慮焊接方法取舍的決定性因素。
1、功率密度。功率密度在范圍在104~106W/CM2。
2、激光脈沖波形。激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題,尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面,金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉,且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi),金屬反射率的變化很大。
3、激光脈沖寬度。脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一,它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù),也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4、離焦量對焊接質(zhì)量的影響。激光焊接通常需要一定的離做文章一,因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過高,容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上,功率密度分布相對均勻。
離焦方式有兩種:正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論,當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時,所對應(yīng)平面上功率密度近似相同,但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化,形成市壓蒸汽,并以極高的速度噴射,發(fā)出耀眼的白光。與此同時,高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時,材料內(nèi)部功率密度比表面還高,易形成更強(qiáng)的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中,當(dāng)要求熔深較大時,采用負(fù)離焦;焊接薄材料時,宜用正離焦。
按焊接熔池形成的機(jī)理區(qū)分,激光焊接有兩種基本模式:熱導(dǎo)焊和深熔焊,前者所用激光功率密度較低(105~106W/cm2),工件吸收激光后,僅達(dá)到表面熔化,然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺,深寬比較小。后者激光動車密度高(106~107W/cm2),工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化,熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底,使小孔不斷延伸,直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動時,小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方,凝固后形成焊縫(圖1)。這種焊接模式熔深大,深寬比也大。在機(jī)械制造領(lǐng)域,除了那些微薄零件之外,一般應(yīng)選用深館焊。
深熔焊過程產(chǎn)生的金屬蒸氣和保護(hù)氣體,在激光作用下發(fā)生電離,從而在小孔內(nèi)部和上方形成等離子體。等離子體對激光有吸收、折射和散射作用,因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達(dá)工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通常可輔加側(cè)吹氣驅(qū)除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應(yīng),使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產(chǎn)生,研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系,和利用這些特征信號對激光焊接過程及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,具有十分重要的理論意義和實(shí)用價值。