激光焊接熔池动力学行为电子书下载的简单介绍

激光焊接与激光覆熔有什么区别

你好，激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源，使工件熔化，形成特定的熔池，用于焊接薄壁材料和低速焊接的一种高效精密焊接方法；

激光覆熔则是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。

激光焊接原理

激光焊接是用激光熔化工件表面的材料，使其与由相同材料制成的另一个工件连接的过程。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，当高强度激光束照射在材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化，从而达到焊接的目的。

激光焊接根据原理可分为热传导焊接和深熔焊接，前者的热量通过热传递向工件内部扩散，只在焊缝表面产生熔化现象，工件内部没有完全熔透，基本不产生汽化现象，多用于低速薄壁材料的焊接；后者不但完全熔透材料，还能汽化材料，形成大量等离子体，由于热量较大，熔池前端会出现匙孔现象。深熔焊能够彻底焊透工件，且输入能量大、焊接速度快，是目前使用最广泛的激光焊接模式。

激光焊接到底是什么？

激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于10~10 W/cm为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于10~10 W/cm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。激光焊接技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域，给人们的生活质量带来了重大提升，更是引领家电行业进入了精工时代。特别是在大众汽车创造的42米无缝焊接技术，大大提高了车身整体性和稳定性之后，家电领头企业海尔集团隆重推出首款采用激光无缝焊接技术生产的洗衣机，先进的激光技术可以为人民的生活带来巨大的改变。

激光焊接的优缺点

激光焊接的优缺点

激光焊接的优缺点， 近年来，经过研究人员不断的探索和创新，激光焊接在这个社会运用很广，之所以可以被广泛的应用，肯定是有其优势所在，但有优势就有劣势，下面来看看激光焊接的优缺点吧。

激光焊接的优缺点1

优点

1、聚焦后的激光束具有很高的功率密度，加热速度快，可实现深熔焊和高速焊。由于激光加热范围小，在同等功率和焊接厚度条件下，焊接速度快、热影响区小、焊接应力和变形小。

2、激光能发射、透射，能在空间传播相当距离而衰减很小，可进行远距离或一些难以接近部位的焊接;激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输、偏转、聚焦，特别适合于微型零件、难以接近的部位或远距离的焊接。

3、一台激光器可供多个工作台进行不同的工作，既可用于焊接，也可用于切割、合金化和热处理，一机多用。

4、激光在大气中损耗不大，可以穿过玻璃等透明物体，适合于在玻璃制成的密封容器里焊接被合金等剧毒材料;激光不受电磁场影响，不存在X射线防护，也不需要真空保护。

5、可以焊一般焊接方法难以焊接的材料，如高熔点金属等，甚至可用于非金属材料的焊接，如陶瓷、有机玻璃:焊后无需热处理，适合于某些对热输入敏感材料的焊接。

缺点

激光焊接虽然有上述诸多优点，但是在实际应用中人们也发现了激光焊接的许多不足之处:

1、 等离子屏蔽问题。在激光焊接中母材受热熔化、汽化形成深熔小孔时，孔中充满金属蒸汽，金属气体与激光作用形成等离子云。等离子云吸收和反射性很强，降低金属材料对激光的吸收率，使激光的能量利用率降低。此外等离子云强烈时还可能对激光产生负透镜效应，严重影响激光束的聚焦效果。

2、 桥接性差，焊缝装夹精度要求高。激光光斑直径很小，热作用区小，桥接能力很差，对焊缝接头对准的平整度和精度要求很高。采用激光焊接时焊缝的缝隙宽度不能大于0、2mm，否则激光透过缝隙太多，能量损失很大。

同时接头两侧平整度太差时会发生焊接错位，将严重影响焊接质量。这一方面对激光接头的准备提出了很高的要求，另一方面要求装夹精确，对装夹的技术要求高，这都增加了工艺要求和焊接成本。在工业适用化上的技术难度较大。

3、 焊缝的硬度高，焊接热裂纹倾向大。激光焊接时功率密度很大，热作用区域很小，而热输入量小，所以焊接区域会产生很高的峰值温度和温度梯度，焊缝熔化金属快速凝固收缩，这会带来两方面的影响:

一是焊缝的硬度很高，有时可能大大高于母材，这在诸如船舶等特殊工业中的应用有所限制;二是对于某些金属零件特别是经过深加工后存在高机械应力的金属焊接后工件热裂纹倾向大。

4、 凹陷及气孔问题。激光焊接过程一般不采用添加填充材料，由于母材端面存在间隙、深熔小孔内金属受热汽化，焊接后焊缝处有时会存在凹陷。焊速高时焊接所形成的金属蒸气来不及从焊缝里跑出，残留在快速熔化凝固后的焊缝里，也会形成气孔。

5、 对高反射金属如铝、铜等的焊接十分困难。铝铜及其合金对激光的反射非常高，起始的反射率高达90%以上，激光能量大部分被反射，难以形成深熔焊的小孔。

6、 采用激光焊接一个很致命的缺点是焊接设备成本很高，同时激光器的能量利用率低，以激光器为例总效率小于20%。而且大功率激光器运行时对昂贵的He气消耗巨大，生产成本也增加很大。

但是激光焊接的熔深并非与激光功率成正比的增长，以低碳钢焊接为例，焊接熔深大概与功率的'0、 6次方成正比。在20KW的激光功率下，熔深最大为15-20mm，功率达到90KW时最大熔深也只有45mm。

其主要原因是：

1、 熔深再增大时焊口侧壁的熔化金属会跨接起来，阻碍激光通过；

2、高功率激光焊接时将产生大量的等离子体，而去除等离子体也越来越困难，对激光的屏蔽也越来越严重。激光器的输出镜由于温度的升高而产生应变，聚光性能也会越来越差，尤其在长时间使用时影响更是巨大。

激光焊接的优缺点2

激光焊接与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是：

1、速度快、深度大、变形小。

2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。

3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。

4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。

5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。（最小光斑可以到0、1mm）

6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，及光纤连续激光器的普及使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用，更便于自动化集成。

7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

但是，激光焊接也存在着一定的局限性：

1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。

2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。

激光焊接的优缺点3

激光焊接机优缺点是什么

1、激光焊接机激光焊接模式

激光焊接可分为导热焊接和深熔焊接。前一种热量通过热传导扩散到工件内部，只有焊缝表面熔化。工件内部未完全穿透，基本上不发生汽化，主要用于低速薄壁。材料的焊接;后者不仅完全穿透材料，而且蒸发材料以形成大量的等离子体。由于大的热量，在熔池的前端发生锁孔现象。

深穿透焊接可以彻底穿透工件。具有高输入能量和快速焊接速度，是最广泛使用的激光焊接模式。

2、激光焊接的焊缝形状和微观结构

由于激光产生的光斑尺寸较小，焊缝周围的热影响区比普通焊接工艺小得多，激光焊接一般不需要填充金属，因此焊缝表面是连续均匀的，外表很美。诸如孔隙和裂缝之类的表面缺陷非常适用于焊缝轮廓至关重要的应用。尽管聚焦区域相对较小，但激光束的能量密度很大（通常为103至108W/cm2）。

在焊接过程中，金属被非常快速地加热和冷却。熔池周围的温度梯度相对较大，因此接合强度通常高于基底金属的接合强度。相反，关节可塑性相对较低。目前，双焦点技术或复合焊接技术可以提高接头质量。

3、激光焊接的优缺点

激光焊接如此受重视的原因在于其独特的优势：

1、激光焊接可以实现高质量的接头强度和大的纵横比，焊接速度更快。

2、由于激光焊接不需要真空环境，因此可以通过透镜和光纤实现远程控制和自动化生产。

3、激光具有较大的功率密度，对难以焊接的材料（如钛，石英等）具有良好的焊接效果，可焊接不同性能的材料。

当然，激光焊接也有缺点：

1、激光和焊接系统部件较贵，因此初期投资和维护成本高于传统焊接工艺，经济效益差。

2、由于固体材料对激光的吸收率低，特别是在等离子体出现后（等离子体对激光具有吸收效应），激光焊接的转换效率通常较低（通常为5％至30％）。

3、由于激光焊接焦点小，工件接头设备精度高，设备偏差小，加工误差大。

随着激光焊接的普及和激光器的商业化生产，激光设备的价格大幅下降。高功率激光器的发展以及新型复合焊接方法的开发和应用也改善了激光焊接转换效率的缺点。

据信，在不久的将来，激光焊接将逐步取代传统的焊接工艺（如电弧焊和电阻焊）。成为工业焊接的主要方式。作为一种新型材料，不锈钢由于其耐腐蚀性和可成形性而被广泛应用于航空航天，汽车零部件等领域。

激光焊接在不锈钢中的应用占有非常重要的地位，特别是在汽车工业中，车身全部通过焊接连接。

但是，由于诸多因素，不锈钢板焊接存在变形问题，控制难度大，不利于相关领域的可持续发展。因此，加强对不锈钢板激光焊接变形的研究具有重要意义。

焊接变形的危害及影响焊接变形的主要因素

影响焊接变形的主要因素是焊接电流，脉冲宽度和频率。随着焊接电流的增加，焊缝宽度增大，飞溅现象逐渐发生，导致焊缝表面氧化变形，并伴有粗糙感;当脉冲宽度达到一定水平时，脉冲宽度增加，使焊接接头的强度增加。

材料表面上的传热能量消耗也增加。蒸发导致液体溅出熔池，导致焊点的横截面积小，从而影响接头强度。

焊接频率对不锈钢板焊接变形的影响与钢板的厚度密切相关。对于0、5mm不锈钢板，当频率达到2Hz时，焊接重叠率较高;当频率达到5Hz时，焊缝严重烧伤，热影响区域变宽，变形大。可以看出，加强焊接变形的有效控制势在必行。

基于光谱仪的激光焊接在线监测技术

等离子体是激光深熔焊接过程中由金属蒸气发生电离作用而形成的，其自身蕴含着丰富的焊接过程动态信息。当激光能量密度大于物质的烧蚀阈值时，物质会从基体中剥离，这一过程中伴随着大量等离子体的产生。等离子体中包含了激发态原子、电子和带电粒子，而入射激光与等离子体相互作用会诱发电磁波。通过采集电磁波信号的光谱、温度等特征数据可以实现对激光加工的在线监测。

Stafe等人通过实验表明，当作用脉冲数在一定范围内时，铝的谱线强度随着脉冲个数的增加线性衰减；当作用脉冲数超出范围后，谱线强度的衰减迅速减缓，这与加工产生的微坑形貌直接相关。由于激光脉冲的不断叠加，微坑直径逐渐大于等离子体羽的流体动力长度，等离子体羽开始沿着径向扩张。后续激光脉冲作用时，等离子体羽的密度和温度逐渐下降，最终以获得的等离子体的发射光谱及其热动力学属性为基础，实现对烧蚀速率和微坑尺寸的在线监测。

Rizzi等人发现入射激光能量的提高导致焊接深度增加，等离子体的温度核心逐渐向工件内部移动并逐渐陷进焊接毛细孔中，此时被光谱仪采集到的等离子体光谱信号实际上是温度较低的等离子体外壳发出的，故实际测得的等离子体光谱强度削弱了。光谱仪可以探测激光加工各种物质时发射的谱线，具有广泛的适应性和较高的测量精度，而且适合对激光微纳加工过程进行在线监测。但是，基于光谱仪的在线监测系统搭建和调试较为复杂、工作距离短、同时使用和维护成本较高，所以在工业上的大规模应用较为困难。

有学者为了确定焊缝的完整性与激光和材料之间的相互作用之间的相关性。利用光谱传感器检测了AZ31B镁合金在零间隙搭接结构下的激光焊接过程中等离子体羽流发出的光谱。利用基于检测光谱的波尔兹曼图法计算了电子温度，并研究了孔隙形成与光谱信号之间的相关性。采用高速电荷耦合器件(CCD)摄像机实时监测激光熔池和锁孔状态。采用绿色激光器作为照明光源，以检测氧化物层对熔融池动态行为的影响。结果表明，检测谱与焊缝缺陷对镁合金激光焊接时焊缝质量的实时监测具有重要的相关性。

激光焊接中产生的等离子体特性与焊缝的穿透状态和由此产生的焊缝性能密切相关。建立了H340LA高强度钢定制轧坯激光深透焊中等离子体羽流和光谱的实时监测平台。采用图像处理方法和光谱处理方法研究了等离子体羽流的穿透与光谱的相关性。焊缝渗透状态分为过度渗透、适度渗透和部分渗透三类，采用基于等离子体羽流谱的多特征反向传播(BP)神经网络模型预测焊缝穿透状态，预测精度为97%，大大高于单特征神经网络模型。本文为实现焊缝穿透的实时控制提供了技术指导。

激光焊接技术的优缺点有哪些

近年来，受益于激光技术进步，激光焊接设备在各行业渗透率不断提高，同时激光焊接设备下游应用的新能源汽车、锂电池、显示面板、手机消费电子、航空航天等领域需求旺盛，我国激光焊接设备保持稳定增长。激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即激光辐射加热工件表面，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、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。

　1. 大功率YAG激光焊接

随着激光器不断地发展进步，光纤激光器、盘式激光器相继问世，新型激光器的出现，带来的不仅是更稳定的光束质量，还有更大的能量。万瓦级激光器为激 光焊接提供了更为广阔的应用空间，为实现较厚结构件的拼接、搭接以及高反射率金属材料的激光焊接打开了突破口。因此，大功率必定成为今后激光焊接技术发展 应用的一个主要的方向。

2. 激光焊接过程实时监测

激光焊接时放出的光、蒸气和等离子体、熔池压力变化引起的声音、焊件中机械应力引起的超声波、金属蒸气或等离子介电常数、反射激光功率、熔池及小孔 的行为都在一定程度上反映了焊接过程的机理，对其进行直接观察及分析，一方面可以实现焊接自动化，另一方面可以直观地了解焊接过程，有助于研究焊接机理从 而更好地控制缺陷。

3. 铝合金激光焊接的研究

铝合金作为航空材料中使用较多的材料，其激光焊接一直处于一个比较尴尬的局面：一方面，激光焊接铝合金变形小且能实现减重20%左右，另一方面，由 于铝合金的特性，对光的反射强，散热快，而且容易产生气孔等缺陷。因此，铝合金的激光焊接的研究倍受关注，并将作为激光焊接在航空制造业中急待改进发展的技术方向之一。

4. 多种激光焊接方法的应用

随着激光焊接技术的发展，单一的激光焊接技术已经远远不能满足针对不同材料、不同结构件的焊接需要，应运而生的则是各种新焊接方法的创新及研究。依靠新出现的激光焊接方法或者多种方法的复合，希望能解决目前激光焊接中所遇到的问题。

5. 激光焊接设备在汽车行业中的应用

激光焊接设备对传统的汽车焊接工艺带来了冲击性的影响，各大汽车公司对此都抱有十分积极的态度，采用新技术就意味着更强的竞争力，激光焊接设备在焊接铝材，用焊接件代替铸件以及全车身构架结构焊接的应用前途最大。机床附件生产厂家应该抓住商机，在激光设备所用的工程塑料拖链、防护罩等方面下功夫。拖链、防护罩有效的保护激光焊接设备的电线、电缆，导轨。特别适用于激光加工车间和自动化生产线。更适合汽车生产线的需要。

如今国家已经在全趋势发展过程中，激光焊接设备更是加工业，粉未冶金，汽车产业等这种制造行业的头等大事，随之世界经济的慢慢复苏和在我国经济发展的不断迅速发展趋势，激光焊接设备的需要量将逐渐提升。激光焊接设备的产供销公司应把握住这一整好机会，深化推进原来销售市场，并勤奋发展更宽阔的潜在性销售市场。 博联特科技有限公司作为国内激光技术的佼佼者，与众多优质厂商长期保持着良好的合作关系，有幸为市场提供先进激光加工技术的机会，为激光行业贡献一份绵薄之力。

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