2024年激光焊接实验综述.pdf

■激光焊接试验汇报

一、试验目的

1、理解激光焊接的基本原理及特点，熟悉运用激光进行金属焊接的详细过程。

2、观测CO?与YAG两种激光器的焊接过程，理解其焊接方式的条件及形成机

理。

3、掌握激光焊接机床及机械手的基本操作环节和措施，可以进行简朴的焊接操

作。

4、掌握金相测量措施，观测和记录焊接试验现象，测量熔深、熔宽，并对焊接成

果进行合理分析。

5、理解激光焊接的应用。

二、试验原理

2.1激光焊接原理

激光焊接采用持续或脉冲激光束实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接

和激光深熔焊接。功率密度不不不大于10?～10?W/cm2为热传导焊，此时

熔深浅、焊接速度慢；功率密度不不大于10?~10?W/cm2时，金属表面受热作用

下凹成“孔穴”,形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。图1是CO2

激光器焊接构造图。

激光乘

半反射镜

同轴光学传感器

保护气体侧面光学传感器

焊接喷项

声学传感器

电荷传感图

等离子体焊楼熔泡

工件焊缝

焊接方向

背面光学传感器

图1C0?激光器焊接构造图

在焊接金属的过程中，伴随激光功率密度提高，材料表面会发生一系列变化，

其包括表面温度升高、熔化、气化、形成小孔并出现光致等离子体。不同样功率

密度激光焊接金属材料时的重要过程如图2所示。当激光功率密度不不不大于

10W/cm2数量级时，金属吸取激光能量只引起材料表层温度的升高，并没有发生熔

化。当功率密度在不不大于10W/cm2不不不大于10W/cm2数量级范围内时，金

属料表层发生熔化。功率密度抵达10?W/cm2数量级时，材料表面在激光束的作用

下发生气化，在气化反冲压力的作用下，液态熔池向下凹陷形成深熔小孔。同步，

伴随有金属蒸汽电离形成光致等离子体的现象。当功率密度不不大于10W/cm2

时，光致等离子体将逆着激光束的入射方向传播，形成等离子体云团，出现等离子

体对激光的屏蔽现象。

图2不同样功率密度激光辐照金属材料的重要物理过程

2.2激光焊接模式

根据与否产生小孔效应可以把激光焊接分为两种模式，即热导焊模式和深熔

焊模式。

、激光热传导焊接

激光加热加工表面，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、峰值功率和反复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池，如

图3(a)所示。当焊接熔池在金属蒸汽反冲压力作用下向下凹陷形成深熔小孔

后，材料对激光的吸取将发生突变。材料的吸取率将不再仅与激光波长、金属特

性和材料表面状态有关，而重要取决小孔效应和等离子体与激光的互相作用等原

因，此时焊接模式由热导焊接转变为深熔焊接。

、激光深熔焊接

激光深熔焊接一般采用持续激光光束完毕材料连接，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”构造来完毕的。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。这个充斥蒸汽的小孔如同一种黑

体，几乎吸取所有的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500°C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面的金属熔化。小孔内充斥在光

束照射下壁体材料持续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金

属四面包围着固体材料(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

腔内持续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不停进入小孔，小孔外的

材料在持续流动，伴随光束移动，小孔一直处在流动的稳定状态。也就是说，小

孔和围着孔壁的熔融金属伴随前导光束前进速度向前移动，熔融金属填充着小孔

移开后留下