一、激光焊接的工藝參數(shù)

1、功率密度

功率密度是激光加工中最關鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導型激光焊接中，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(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)，也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數(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焦，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，當正負離做文章一相等時，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(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動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。

當負離焦時，材料內(nèi)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。

二、激光焊接工藝方法

1、片與片間的焊接

包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4種工藝方法。

2、絲與絲的焊接

包括絲與絲對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4種工藝方法。

3、金屬絲與塊狀元件的焊接

采用激光焊接可以成功的實現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應注意絲狀元件的幾何尺寸。

4、不同金屬的焊接

焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍。不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。

激光釬焊有些元件的連接不宜采用激光熔焊，但可利用激光作為熱源，施行軟釬焊與硬釬焊，同樣具有激光熔焊的優(yōu)點。采用釬焊的方式有多種，其中，激光軟釬焊主要用于印刷電路板的焊接，尤其實用于片狀元件組裝技術。

三、采用激光軟釬焊與其它方式相比有以下優(yōu)點

1、由于是局部加熱，元件不易產(chǎn)生熱損傷，熱影響區(qū)小，因此可在熱敏元件附近施行軟釬焊。

2、用非接觸加熱，熔化帶寬，不需要任何輔助工具，可在雙面印刷電路板上雙面元件裝備后加工。

3、重復操作穩(wěn)定性好。焊劑對焊接工具污染小，且激光照射時間和輸出功率易于控制，激光釬焊成品率高。

4、激光束易于實現(xiàn)分光，可用半透鏡、反射鏡、棱鏡、掃描鏡等光學元件進行時間與空間分割，能實現(xiàn)多點同時對稱焊。

5、激光釬焊多用波長1.06um的激光作為熱源，可用光纖傳輸，因此可在常規(guī)方式不易焊接的部位進行加工，靈活性好。

6、聚焦性好，易于實現(xiàn)多工位裝置的自動化。

四、激光深熔焊

1、冶金過程及工藝理論

激光深熔焊冶金物理過程與電子束焊極為相似，即能量轉(zhuǎn)換機制是通過“小孔”結構來完成的。在足夠高的功率密度光束照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)形成小孔。這個充滿蒸汽的小孔猶如一個黑體，幾乎全部吸收入射光線的能量，孔腔內(nèi)平衡溫度達25000度左右。熱量從這個高溫孔腔外壁傳遞出來，使包圍著這個孔腔的金屬熔化。

小孔內(nèi)充滿在光束照射下壁體材料連續(xù)蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著熔融金屬，液態(tài)金屬四周即圍著固體材料。孔壁外液體流動和壁層表面張力與孔腔內(nèi)連續(xù)產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著動態(tài)平衡。光束不斷進入小孔，小孔外材料在連續(xù)流動，隨著光束移動，小孔始終處于流動的穩(wěn)定態(tài)。就是說，小孔和圍著孔壁的熔融金屬隨著前導光束前進速度向前移動，熔融金屬填充著小孔移開后留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。

2、影響因素

對激光深熔焊產(chǎn)生影響的因素包括：激光功率，激光束直徑，材料吸收率，焊接速度，保護氣體，透鏡焦長，焦點位置，激光束位置，焊接起始和終止點的激光功率漸升、漸降控制。

3、激光深熔焊的特征

特征：(1)高的深寬比。因為熔融金屬圍著圓柱形高溫蒸汽腔體形成并延伸向工件，焊縫就變得深而窄。(2)最小熱輸入。因為源腔溫度很高，熔化過程發(fā)生得極快，輸入工件熱量極低，熱變形和熱影響區(qū)很小。(3)高致密性。因為充滿高溫蒸汽的小孔有利于熔接熔池攪拌和氣體逸出，導致生成無氣孔熔透焊接。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細化。(4)強固焊縫。(5)精確控制。(6)非接觸，大氣焊接過程。

4、激光深熔焊的優(yōu)點

(1)由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高得多的功率密度，導致焊接速度快，熱影響區(qū)和變形都較小，還可以焊接鈦、石英等難焊材料。

(2)因為光束容易傳輸和控制，又不需要經(jīng)常更換焊炬、噴嘴，顯著減少停機輔助時間，所以有荷系數(shù)和生產(chǎn)效率都高。

(3)由于純化作用和高的冷卻速度，焊縫強，綜合性能高。

(4)由于平衡熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用。另外，激光焊接的動轉(zhuǎn)費用也比較低，可以降低生產(chǎn)成本。

(5)容易實現(xiàn)自動化，對光束強度與精細定位能進行有效的控制。

5、激光深熔焊設備

激光深熔焊通常選用連續(xù)波CO2激光器，這類激光器能維持足夠高的輸出功率，產(chǎn)生“小孔”效應，熔透整個工件截面，形成強韌的焊接接頭。 就激光器本身而言，它只是一個能產(chǎn)生可作為熱源、方向性好的平行光束的裝置。

如果把它導向和有效處理后射向工件，其輸入功率就具有強的相容性，使之能更好的適應自動化過程。 為了有效實施焊接，激光器和其他一些必要的光學、機械以及控制部件一起共同組成一個大的焊接系統(tǒng)。這個系統(tǒng)包括激光器、光束傳輸組件、工件的裝卸和移動裝置，還有控制裝置。這個系統(tǒng)可以是僅由操作者簡單地手工搬運和固定工件，也可以是包括工件能自動的裝、卸、固定、焊接、檢驗。這個系統(tǒng)的設計和實施的總要求是可獲得滿意的焊接質(zhì)量和高的生產(chǎn)效率。

五、鋼鐵材料的激光焊接

1、碳鋼及普通合金鋼的激光焊接

總的說，碳鋼激光焊接效果良好，其焊接質(zhì)量取決于雜質(zhì)含量。就象其它焊接工藝一樣，硫和磷是產(chǎn)生焊接裂紋的敏感因素。 為了獲得滿意的焊接質(zhì)量，碳含量超過0.25%時需要預熱。

當不同含碳量的鋼相互焊接時，焊炬可稍偏向低碳材料一邊，以確保接頭質(zhì)量。 低碳沸騰鋼由于硫、磷的含量高，并不適合激光焊接。低碳鎮(zhèn)靜鋼由于低的雜質(zhì)含量，焊接效果就很好。 中、高碳鋼和普通合金鋼都可以進行良好的激光焊接，但需要預熱和焊后處理，以消除應力，避免裂紋形成。

2、不銹鋼的激光焊接

一般的情況下，不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于獲得優(yōu)質(zhì)接頭。由于高的焊接速度熱影響區(qū)很小，敏化不成為重要問題。與碳鋼相比，不銹鋼低的熱導系數(shù)更易于獲得深熔窄焊縫。

3、不同金屬之間的激光焊接

激光焊接極高的冷卻速度和很小的熱影響區(qū)，為許多不同金屬焊接融化后有不同結構的材料相容創(chuàng)造了有利條件。現(xiàn)已證明以下金屬可以順利進行激光深熔焊接：不銹鋼~低碳鋼，416不銹鋼~310不銹鋼，347不銹鋼~HASTALLY鎳合金，鎳電極~冷鍛鋼，不同鎳含量的雙金屬帶。

審核編輯 黃宇