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。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先******,故激光焊特別適合于精密結構件及熱敏感器件的裝配焊接要求。
激光焊設備的造價高,能量置換率低是其不足之處,但激光焊的高生產率及易于實現生產自動化的優(yōu)點,在大規(guī)模生產中仍有可能使每件產品的焊接生產成本相對較低。在激光焊與傳統(tǒng)的生產成本相等或略高的場合,如果激光焊產品能獲得更好的技術性能,如更長的使用壽命、良好的產品外觀、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***的精密結構件,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。當高強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,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之一,它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數,也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。
4、離焦量對焊接質量的影響。激光焊接通常需要一定的離做文章一,因為激光焦點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:正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦,反之為負離焦。按幾何光學理論,當正負離焦平面與焊接平面距離相等時,所對應平面上功率密度近似相同,但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時,可獲得更大的熔深,這與熔池的形成過程有關。實驗表明,激光加熱50~200us材料開始熔化,形成液相金屬并出現問分汽化,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動至熔池邊緣,在熔池中心形成凹陷。當負離焦時,材料內部功率密度比表面還高,易形成更強的熔化、汽化,使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應用中,當要求熔深較大時,采用負離焦;焊接薄材料時,宜用正離焦。
按焊接熔池形成的機理區(qū)分,激光焊接有兩種基本模式:熱導焊和深熔焊,前者所用激光功率密度較低(105~106W/cm2),工件吸收激光后,僅達到表面熔化,然后依靠熱傳導向工件內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。在機械制造領域,除了那些微薄零件之外,一般應選用深館焊。
深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體,在激光作用下發(fā)生電離,從而在小孔內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。通常可輔加側吹氣驅除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應,使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產生,研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質量之間的關系,和利用這些特***號對激光焊接過程及質量進行監(jiān)控,具有十分重要的理論意義和實用價值。