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1、激光焊接工藝基礎(chǔ)知識培訓(xùn)目錄目錄一、激光焊接基礎(chǔ)一、激光焊接基礎(chǔ)a.激光定義b.激光焊接c.激光焊分類d.激光焊特點(diǎn)e.激光接頭形式f.激光接頭裝配允許公差g.影響激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)h.常用材料焊接性及參數(shù)設(shè)置二、常見二、常見問題的問題的處理處理三、激光安全三、激光安全1.人身保護(hù)2.防火保護(hù)3.電氣安全通告4.材料安全通告5.設(shè)備防護(hù)措施a.a.激光激光定義定義激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)Laser“通過受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大通過受激輻射實(shí)現(xiàn)光放大”Light Amplification of Stimulated Emission of Radiation 激光活性物質(zhì)受到激勵(lì)，產(chǎn)生輻射，通過光放

2、大而產(chǎn)生一種單色、方向性強(qiáng)、光亮度大的光束即為激光。經(jīng)透射或反射聚焦后可獲得直徑小于0.01mm、功率密度高達(dá)1012W/cm2的能束，可用作焊接、切割及材料表面處理的熱源。b.b.激光焊接激光焊接激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)激光焊（LaserWelding）是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的一種高效精密的焊接方法。激光焊實(shí)質(zhì)上是激光與激光非透明物質(zhì)相互作用的過程，微觀上是一個(gè)量子過程，宏觀上則表現(xiàn)為反射、吸收、加熱、熔化、汽化等現(xiàn)象。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)c.c.激光激光焊分類焊分類 激光焊通常按激光對工件的作用方式以及作用在工件上的功率密度進(jìn)行分類。按激光發(fā)生器工作物質(zhì)的

3、不同，激光有固體、半導(dǎo)體、液體、氣體激光之分。根據(jù)激光對工件的作用方式，激光焊可分為連續(xù)激光焊連續(xù)激光焊和脈沖激光焊脈沖激光焊。連續(xù)激光焊在焊接過程中形成一條連續(xù)的焊縫。脈沖激光焊時(shí)，輸入到工件的能量是斷續(xù)的、脈沖的，每個(gè)激光脈沖在焊接過程中形成一個(gè)圓形焊點(diǎn)。激光焊有兩種基本模式，按激光聚焦后光斑作用在工件上功率密度的不同，激光焊一般分為傳熱焊傳熱焊（功率密度Pd=106W/cm2)。d.d.激光激光焊特點(diǎn)焊特點(diǎn)激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ) 激光焊是一種新型的焊接方法，激光焊主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)焊、對接焊、疊焊、密封焊等，其特點(diǎn)有：1.具有高的深寬比，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小，

4、變形小，焊接速度快。2.焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理工序。3.焊縫質(zhì)量高，無氣孔，可減少和優(yōu)化母材雜質(zhì)，組織焊后可細(xì)化，焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母材金屬。4.可精確控制，聚焦光點(diǎn)小，可高精度定位，易實(shí)現(xiàn)自動化。可實(shí)現(xiàn)某些一種材料間的焊接。f.f.接頭接頭形式形式激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)e.e.接頭接頭裝配允許公差裝配允許公差激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)對接接頭：對接接頭：間隙：最薄板厚的3-5%錯(cuò)邊：最薄板厚的5-12%搭搭接接頭：接接頭：間隙：最薄板厚的5-10%g.g.影響影響激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)1.峰值功率2.脈沖寬度3.脈沖波形

5、4.焦點(diǎn)位置WidthDepth5.其他因素以上機(jī)臺參數(shù)主要為大族激光焊接設(shè)備，不同的品牌參數(shù)會有部分差異。1 1）峰值）峰值功率功率激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)在其他參數(shù)一定的情況下，峰值功率決定功率密度（單位面積內(nèi)的激光功率，等于激光峰值功率除以光斑面積），而功率密度是激光加工中關(guān)鍵的參數(shù)之一。功率密度直接影響表面材料的溫升時(shí)間，功率密度越大，溫度升得越快。隨著峰值功率的增加，焊點(diǎn)的熔深（Depth）逐漸增大，后趨勢變緩至不再增加止，焊點(diǎn)的寬度（Width）也會有所增大。同時(shí)，由于功率密度增加，到一定程度，焊接過程穩(wěn)定性降低，會有飛濺產(chǎn)生，焊點(diǎn)均勻性不好。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)2 2）脈沖寬

6、度）脈沖寬度脈沖寬度簡稱脈寬（單個(gè)脈沖持續(xù)的時(shí)間），是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一。隨著脈寬的增加，焊點(diǎn)寬度增加較焊點(diǎn)深度增加明顯。焊接過程穩(wěn)定性提高。3 3）脈沖）脈沖波形波形激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)脈寬5ms頻率1000/20=50Hz峰值功率1KW平均功率1520250W1激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問題。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會有6098%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(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。方波方波尖峰波尖峰波緩降波形緩降波形功率功率脈寬脈寬4 4）焦點(diǎn)）焦點(diǎn)位置位置激光焊接通常需要一定的離焦，因?yàn)?/p>

7、激光焦點(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)離焦正離焦與負(fù)離焦。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)負(fù)離負(fù)離焦焦焦點(diǎn)位焦點(diǎn)位置置正離正離焦焦焦點(diǎn)位置變化示意圖焦點(diǎn)位置變化示意圖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)離焦相等時(shí)，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(shí)，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50200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)部分汽化，形成施壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)，高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動至熔池邊緣，在

8、熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，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(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)5 5）其他）其他-吸收率吸收率（反射率）（反射率）不同金屬對激不同金屬對激光的反射率光的反射率1、波長越短，吸收率越高；2、一般導(dǎo)電性好的材料，反射率都很高；對YAG激光來說，銀的反射率是96，鋁是92，銅90，鉑89，而鐵只有60。3、溫度越高，吸收率越高，呈線性關(guān)系。4、表面涂層的影響，一般涂磷酸鹽、碳黑、石墨等以提高吸收率。高平鏡面鍍層很難焊接：鏡面鍍鉻、鍍金、

9、鍍銀等；一般鍍層較易焊接：鍍鎳等；鍍鋅對焊接有不利影響，高度拋光金屬較難焊：銅、銀、激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)5 5）其他）其他-鍍層鍍層影響影響參考影響激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)，根據(jù)材料本身的物理及機(jī)械特性，為達(dá)到不同的焊接效果，可以從激光峰值功率、脈沖寬度、脈沖波形、離焦量等4個(gè)方面進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整。激光焊接效果與被加工材料的光學(xué)特性、物理特性和機(jī)械特性有關(guān)。光學(xué)特性：光學(xué)特性：包括材料的反射率、吸收率、透過率等；物理特性：包括熱傳導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率、密度、比熱、熱容量、熔融液粘滯性、汽化溫度等；機(jī)械特性：機(jī)械特性：機(jī)械加工精度、應(yīng)力強(qiáng)度、材料可焊性、工件清潔度等。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)H.H.常用常

10、用材料焊接性及參數(shù)設(shè)置材料焊接性及參數(shù)設(shè)置先在確定加工材料、尤其是兩種以上不同的材料進(jìn)行焊接加工時(shí)，要參考相關(guān)文獻(xiàn)，確定材料能否被可靠的焊接。不同材料對不同激光波長的反射率也不相同，反射率越高，焊接越困難。不同材料的物理特性和機(jī)械特性也會對焊接效果產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。一般來說，在點(diǎn)焊時(shí)，熱傳導(dǎo)率越大，焊接效果越好；相反，在縫焊時(shí)，熱傳導(dǎo)率越小，焊接效果越好。需要用戶根據(jù)不同的應(yīng)用要求進(jìn)行合理的選擇。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)1 1）碳）碳鋼及普通合金鋼鋼及普通合金鋼激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)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

11、。為了獲得滿意的焊接質(zhì)量，碳含量超過0.25%時(shí)需要預(yù)熱。當(dāng)不同含碳量的鋼相互焊接時(shí)，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(jìn)行良好的激光焊接，但需要預(yù)熱和焊后處理，以消除應(yīng)力，避免裂紋形成。2 2）不銹鋼）不銹鋼一般的情況下，不銹鋼激光焊接比常規(guī)焊接更易于獲得優(yōu)質(zhì)接頭。與碳鋼相比，不銹鋼低的熱導(dǎo)系數(shù)更易于獲得深熔窄焊縫。不銹鋼焊接的波形設(shè)置采用常用的方波即可，有特殊要求的可再針對性設(shè)置。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)3 3）鋁合金）鋁合金及銅合金及銅合金鋁合金發(fā)射率較高，焊接

12、所需能量大，焊接較為困難。有時(shí)，即便是同一種材料如鋁，由于鋁的純度及所摻雜元素的不同，材料型號不同，焊接效果也不同，甚至相同型號的材料，來料批次不同，焊接效果也不盡相同；這時(shí)，需要用戶根據(jù)不同的情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)激光焊接機(jī)的功率波形以及規(guī)范材料的成分來改善。紫銅較鋁合金反射率更高，焊接更為困難。銅合金中鈹銅、磷銅焊接尚好，黃銅中由于含有熔點(diǎn)低易揮發(fā)的鋅元素，焊接性較差。鋁合金及銅合金（黃銅外）一般選擇尖峰波形進(jìn)行焊接。激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)鈦、鎳、錫、銅、鉻、鈮、金、銀等多種金屬及其合金，及鋼、可伐合金等合金的同種材料間均可實(shí)現(xiàn)激光焊接。有色金屬相對難焊，其中紫銅合金、銀合金最難焊。對于反射率高

13、的材料（金、銀、銅、鋁等）宜采用較高的功率、尖峰波形；反射率一般的材料（鋼、鎳、鈦、可伐合金等）宜采用方波或帶緩升緩降的波形；4 4）其他）其他金屬金屬激光焊接基礎(chǔ)激光焊接基礎(chǔ)目錄目錄一、激光焊接基礎(chǔ)一、激光焊接基礎(chǔ)a.激光定義b.激光焊接c.激光焊分類d.激光焊特點(diǎn)e.激光接頭形式f.激光接頭裝配允許公差g.影響激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)h.常用材料焊接性及參數(shù)設(shè)置二、常見二、常見問題的問題的處理處理三、激光安全三、激光安全1.人身保護(hù)2.防火保護(hù)3.電氣安全通告4.材料安全通告5.設(shè)備防護(hù)措施常見問題的處理常見問題的處理1、不出光（電壓、信號線、光柵、激光器開啟、操作臺打開、開機(jī) 順序）2、X、Y

14、軸不動（超出限位、氣動門）3、焊點(diǎn)偏移（治具尺寸、底座松動、上料不到位、治具與底座相對運(yùn)動）4、焊點(diǎn)有高度、飛濺（參數(shù)設(shè)置不到位、材料表面不潔凈、焦點(diǎn)問題）5、拉力不夠（參數(shù)設(shè)置不到位、治具無法對材料有效施壓、離焦太多）6、找焦點(diǎn)（用小能量打、找到焊接火花最亮且焊接聲音最脆位置即為焦點(diǎn)）7、焊點(diǎn)發(fā)黃發(fā)藍(lán)（焊點(diǎn)位置、能量過大、治具沒壓緊、少量發(fā)黃不可避免）8、XY軸運(yùn)動速度加快（速度、加速度增加）9、機(jī)器報(bào)警（查看、清除）10、程序（信號）的加減、（選中焊接)目錄目錄一、激光焊接基礎(chǔ)一、激光焊接基礎(chǔ)a.激光定義b.激光焊接c.激光焊分類d.激光焊特點(diǎn)e.激光接頭形式f.激光接頭裝配允許公差g.影

15、響激光點(diǎn)焊的工藝參數(shù)h.常用材料焊接性及參數(shù)設(shè)置二、常見問題的處理二、常見問題的處理三、激光安全三、激光安全1.人身保護(hù)2.防火保護(hù)3.電氣安全通告4.材料安全通告5.設(shè)備防護(hù)措施激光安全激光安全1.人身保護(hù)請勿注視或接觸設(shè)備輸出的激光光束或漫反射激光，否則會引起視力受損甚至失明或皮膚灼傷。如萬一受傷，應(yīng)避免傷口受到感染，應(yīng)馬上對傷口進(jìn)行消毒，如情況嚴(yán)重，請去醫(yī)院診治；操作人員在使用該設(shè)備時(shí)應(yīng)穿著工作服。請使用保護(hù)手套、長袖衣服、皮革圍裙等保護(hù)用具，如果火花飛濺接觸皮膚會引起灼傷；在使用本設(shè)備的場所，請務(wù)必戴上激光防護(hù)眼鏡，防護(hù)眼鏡能夠通過防輻射膜層對特定波長的激光進(jìn)行濾波以減弱激光強(qiáng)度。但仍

16、要避免激光束直接進(jìn)入眼睛，因?yàn)樵诩す馐苯舆M(jìn)入人眼的情況下也會造成視力受損甚至失明；激光安全激光安全在維護(hù)保養(yǎng)輸出激光時(shí)，請勿觸摸與維護(hù)保養(yǎng)無關(guān)的零部件，并請使用耐高溫的光吸收體、漫射體作為擋板，以阻止激光外泄；設(shè)備在正常工作期間，禁止打開設(shè)備機(jī)箱。在設(shè)備機(jī)箱打開的狀態(tài)下，禁止使用本設(shè)備；激光加工中或加工終止后，工件仍處于高溫狀態(tài)，請勿馬上觸摸工件；進(jìn)行材料焊接時(shí)注意眼睛的休息。避免長時(shí)間持續(xù)的注視焊接光斑，否則會造成眼睛疲勞酸痛。激光安全激光安全2.防火保護(hù)禁止設(shè)備周圍堆放易燃易爆物及雜物。若激光束照射或火花飛濺到易燃易爆材料上時(shí)，將會引起火災(zāi)甚至爆炸；禁止對易燃易爆物品等非法違禁物品進(jìn)行焊

17、接操作。例如裝有可燃性氣體的瓶子，易燃易爆的化工材料等；設(shè)備工作時(shí)請勿在設(shè)備上覆蓋毛毯、布等紡織品，以免造成設(shè)備局部過熱引起火災(zāi)；激光安全激光安全禁止在設(shè)備上放置盛放液體的容器，例如茶水、咖啡等。以免潑灑到設(shè)備內(nèi)部引起電路短路起火，腐蝕性液則會腐蝕設(shè)備；請?jiān)谠O(shè)備安裝的場所附近配置二氧化碳滅火器、干粉滅火器或干沙，以防萬一。禁止使用其它類型的滅火器進(jìn)行滅火。激光安全激光安全3.電氣安全通告禁止將激光器電源輸出端引線短路或接地；盡可能只用一只手操作電氣設(shè)備，以防止電流在人體上構(gòu)成回路；請使用指定的電線、電纜，如果使用容量不足的電線、電纜或連接方法不正確，將會引發(fā)火災(zāi)或觸電；請勿損傷電源電線以及電纜

18、。請勿踩、擰、拉電纜。電纜損傷會造成觸電、短路甚至起火；開關(guān)、按鈕等請小心按順序逐一操作，避免同時(shí)切換多個(gè)開關(guān)造成設(shè)備故障激光安全激光安全本設(shè)備請勿在潮濕的環(huán)境下使用，電氣部分受潮遇水可能會造成短路或漏電電源設(shè)備必須進(jìn)行第三方接地且接地保護(hù)必須可靠，否則在出現(xiàn)故障或漏電時(shí)可能會造成觸電；由于設(shè)備內(nèi)部設(shè)計(jì)有電容元件，請不要在關(guān)閉設(shè)備電源后立即進(jìn)行設(shè)備內(nèi)部箱體檢修，請等放電元件自行放電完成后再進(jìn)行相應(yīng)操作（通常情況，需要1分鐘左右）；如果設(shè)備有焦臭氣味、異常聲響、異常發(fā)熱、冒煙等異常現(xiàn)象時(shí)請關(guān)閉電源以停止運(yùn)行，并立刻與本公司聯(lián)系，否則有觸電、火災(zāi)等危險(xiǎn)。激光安全激光安全4.材料安全通告禁止對易燃易

19、爆物品等非法物品進(jìn)行焊接。例如裝有可燃性氣體的瓶子，易燃易爆的化工材料，廢舊電池等；禁止對高反射率的鏡面材料進(jìn)行焊接，以防輸出激光束發(fā)生鏡面反射，對操作人員造成傷害。激光安全激光安全5.設(shè)備防護(hù)措施設(shè)備不工作時(shí)，請勿接通電源；禁止將激光器電源輸出端引線短路或接地；本設(shè)備請勿在潮濕的環(huán)境中使用。潮濕環(huán)境容易造成設(shè)備內(nèi)部器件受潮損壞，縮短其使用壽命。應(yīng)選擇溫濕度適宜的場所進(jìn)行安裝使用；設(shè)備應(yīng)安裝在水平無傾斜場所。設(shè)備傾倒或從安裝場所跌落，會造成設(shè)備的損壞或故障；激光安全激光安全設(shè)備不要隨意頻繁移動。否則容易造成設(shè)備連接線和控制卡松動，影響設(shè)備正常工作；設(shè)備若有焦臭氣味、異常聲響、異常發(fā)熱、冒煙等異?，F(xiàn)象時(shí)請立即關(guān)閉電源以停止運(yùn)行。謝謝！