激光焊接强度计算_激光焊接强度和普通焊接

本文目录一览：

• 1、急需激光方面的信息
• 2、激光焊接、电子束焊接、超声波焊接与电弧焊等传统焊接方法有何区别？
• 3、激光焊强度
• 4、316L不锈钢如果经过激光焊接，焊口的屈服强度能达到多少？有什么根据？

急需激光方面的信息

[编辑本段]【简介】

激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激发射”改称“激光”。

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。它的亮度为太阳光的50亿倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理学家爱因斯坦发现，但要直到 1958 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践 迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的 出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。

[编辑本段]【激光产生】

若原子或分子等微观粒子具有高能级E2和低能级E1,E2和E1能级上的布居数密度为N2和N1，在两能级间存在着自发发射跃迁、受激发射跃迁和受激吸收跃迁等三种过程。受激发射跃迁所产生的受激发射光，与入射光具有相同的频率、相位、传播方向和偏振方向。因此，大量粒子在同一相干辐射场激发下产生的受激发射光是相干的。受激发射跃迁几率和受激吸收跃迁几率均正比于入射辐射场的单色能量密度。当两个能级的统计权重相等时，两种过程的几率相等。在热平衡情况下N2＜N1，所以受激吸收跃迁占优势，光通过物质时通常因受激吸收而衰减。外界能量的激励可以破坏热平衡而使N2＞N1,这种状态称为粒子数反转状态。在这种情况下，受激发射跃迁占优势。光通过一段长为l的处于粒子数反转状态的激光工作物质(激活物质)后，光强增大eGl倍。G为正比于(N2-N1)的系数，称为增益系数，其大小还与激光工作物质的性质和光波频率有关。一段激活物质就是一个激光放大器。

如果，把一段激活物质放在两个互相平行的反射镜（其中至少有一个是部分透射的）构成的光学谐振腔中（图1），处于高能级的粒子会产生各种方向的自发发射。其中，非轴向传播的光波很快逸出谐振腔外：轴向传播的光波却能在腔内往返传播,当它在激光物质中传播时，光强不断增长。如果谐振腔内单程小信号增益G0l大于单程损耗δ(G0l是小信号增益系数)，则可产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级，当原子从高能级向低能级跃迁时，会释放出相应能量的光子（所谓自发辐射）。同样的，当一个光子入射到一个能级系统并为之吸收的话，会导致原子从低能级向高能级跃迁（所谓受激吸收）；然后，部分跃迁到高能级的原子又会跃迁到低能级并释放出光子（所谓受激辐射）。这些运动不是孤立的，而往往是同时进行的。当我们创造一种条件，譬如采用适当的媒质、共振腔、足够的外部电场，受激辐射得到放大从而比受激吸收要多，那么总体而言，就会有光子射出，从而产生激光。

[编辑本段]【激光的特点】

（一）定向发光

普通光源是向四面八方发光。要让发射的光朝一个方向传播，需要给光源装上一定的聚光装置，如汽车的车前灯和探照灯都是安装有聚光作用的反光镜，使辐射光汇集起来向一个方向射出。激光器发射的激光，天生就是朝一个方向射出，光束的发散度极小，大约只有0.001弧度，接近平行。1962年，人类第一次使用激光照射月球，地球离月球的距离约38万公里，但激光在月球表面的光斑不到两公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照灯光柱射向月球，按照其光斑直径将覆盖整个月球。

（二）亮度极高

在激光发明前，人工光源中高压脉冲氙灯的亮度最高，与太阳的亮度不相上下，而红宝石激光器的激光亮度，能超过氙灯的几百亿倍。因为激光的亮度极高，所以能够照亮远距离的物体。红宝石激光器发射的光束在月球上产生的照度约为0.02勒克斯（光照度的单位），颜色鲜红，激光光斑明显可见。若用功率最强的探照灯照射月球，产生的照度只有约一万亿分之一勒克斯，人眼根本无法察觉。激光亮度极高的主要原因是定向发光。大量光子集中在一个极小的空间范围内射出，能量密度自然极高。

（三）颜色极纯

光的颜色由光的波长（或频率）决定。一定的波长对应一定的颜色。太阳光的波长分布范围约在0.76微米至0.4微米之间，对应的颜色从红色到紫色共7种颜色，所以太阳光谈不上单色性。发射单种颜色光的光源称为单色光源，它发射的光波波长单一。比如氪灯、氦灯、氖灯、氢灯等都是单色光源，只发射某一种颜色的光。单色光源的光波波长虽然单一，但仍有一定的分布范围。如氪灯只发射红光，单色性很好，被誉为单色性之冠，波长分布的范围仍有0.00001纳米，因此氪灯发出的红光，若仔细辨认仍包含有几十种红色。由此可见，光辐射的波长分布区间越窄，单色性越好。

激光器输出的光，波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。以输出红光的氦氖激光器为例，其光的波长分布范围可以窄到2×10^-9纳米，是氪灯发射的红光波长分布范围的万分之二。由此可见，激光器的单色性远远超过任何一种单色光源。

此外，激光还有其它特点：相干性好。激光的频率、振动方向、相位高度一致，使激光光波在空间重叠时，重叠区的光强分布会出现稳定的强弱相间现象。这种现象叫做光的干涉，所以激光是相干光。而普通光源发出的光，其频率、振动方向、相位不一致，称为非相干光。

闪光时间可以极短。由于技术上的原因，普通光源的闪光时间不可能很短，照相用的闪光灯，闪光时间是千分之一秒左右。脉冲激光的闪光时间很短，可达到6飞秒（1飞秒=10-15秒）。闪光时间极短的光源在生产、科研和军事方面都有重要的用途。

（四）能量密度极大

光子的能量是用E=hf来计算的，其中h为普朗克常量，f为频率。由此可知，频率越高，能量越高。激光频率范围3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz.电磁波谱可大致分为：（1）无线电波——波长从几千米到0.3米左右，一般的电视和无线电广播的波段就是用这种波；（2）微波——波长从0.3米到10-3米，这些波多用在雷达或其它通讯系统；（3）红外线——波长从10-3米到7.8×10-7米；（4）可见光——这是人们所能感光的极狭窄的一个波段。波长从780—380nm。光是原子或分子内的电子运动状态改变时所发出的电磁波。由于它是我们能够直接感受而察觉的电磁波极少的那一部分；（5）紫外线——波长从3 ×10-7米到6×10-10米。这些波产生的原因和光波类似，常常在放电时发出。由于它的能量和一般化学反应所牵涉的能量大小相当，因此紫外光的化学效应最强；（6）伦琴射线—— 这部分电磁波谱，波长从2×10-9米到6×10-12米。伦琴射线（X射线）是电原子的内层电子由一个能态跳至另一个能态时或电子在原子核电场内减速时所发出的；（7）γ射线——是波长从10-10～10-14米的电磁波。这种不可见的电磁波是从原子核内发出来的，放射性物质或原子核反应中常有这种辐射伴随着发出。γ射线的穿透力很强，对生物的破坏力很大。由此看来，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大（因为它的作用范围很小，一般只有一个点），短时间里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。

[编辑本段]【受激辐射】

什么叫做“受激辐射”?它基于伟大的科学家爱因斯坦在1916年提出了的一套全新的理论。这一理论是说在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，会从高能级跳到（跃迁）到低能级上，这时将会辐射出与激发它的光相同性质的光，而且在某种状态下，能出现一个弱光激发出一个强光的现象。这就叫做“受激辐射的光放大”，简称激光。激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。

目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。

经过30多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面：激光针灸、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮……，在不久的将来，激光肯定会有更广泛的应用。

[编辑本段]【激光的其它特性】

激光有很多特性：首先，激光是单色的，或者说是单频的。有一些激光器可以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一个“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。

激光（LASER）是上世纪60年代发明的一种光源。LASER是英文的“受激放射光放大”的首字母缩写。激光器有很多种，尺寸大至几个足球场，小至一粒稻谷或盐粒。气体激光器有氦－氖激光器和氩激光器；固体激光器有红宝石激光器；半导体激光器有激光二极管，像CD机、DVD机和CD-ROM里的那些。每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法。

[编辑本段]【激光技术应用】

激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：

1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床、控制系统及检测系统。

2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。

激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，CO2激光器和半导体泵浦激光器。

激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有YAG激光器和CO2激光器。

激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、CO2激光器和半导体泵浦激光器。

激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主，也有一些准分子激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。

激光热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用的激光器多以YAG激光器，CO2激光器为主。

激光快速成型：将激光加工技术和计算机数控技术及柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器为主。

激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、CO2激光器为主。

美国德克萨斯州大学的科学家研制出世界上功率最强大的可操作激光，这种激光每万亿分之一秒产生的能量是美国所有发电厂发电量的2000倍，输出功率超过1 皮瓦——相当于10的15次方瓦。这种激光第一次启动是在1996年。马丁尼兹说，希望他的项目能够在2008年打破这一纪录，也就是说，让激光的功率达到1.3皮瓦到1.5皮瓦之间。超级激光项目负责人麦卡尔·马丁尼兹表示：“我们可以让材料进入一种极端状态，这种状态在地球上是看不到的。我们打算在德州观察的现象相当于进入太空观察一颗正在爆炸的恒星。”

[编辑本段]【激光在医学中的应用】

应用于牙科的激光系统

依据激光在牙科应用的不同作用，分为几种不同的激光系统。区别激光的重要特征之一是：光的波长，不同波长的激光对组织的作用不同，在可见光及近红外光谱范围的光线，吸光性低，穿透性强，可以穿透到牙体组织较深的部位，例如氩离子激光、二极管激光或Nd：YAG激光(如图1)。而Er：YAG激光和CO，激光的光线穿透性差，仅能穿透牙体组织约0．01毫米。区别激光的重要特征之二是：激光的强度(即功率)，如在诊断学中应用的二极管激光，其强度仅为几个毫瓦特，它有时也可用在激光显示器上。

用于治疗的激光，通常是几个瓦特中等强度的激光。激光对组织的作用，还取决于激光脉冲的发射方式，以典型的连续脉冲发射方式的激光有：氩离子激光、二极管激光、CO2，激光；以短脉冲方式发射的激光有：Er：YAG激光或许多Nd：YAG激光，短脉冲式的激光的强度(即功率)可以达到1,000瓦特或更高，这些强度高、吸光性也高的激光，只适用于清除硬组织。

激光在龋齿的诊断方面的应用

1．脱矿、浅龋

2．隐匿龋

激光在治疗方面的应用

1．切割

2．充填物的聚合，窝洞处理

【激光在工业上的应用】

激光在工业上，也应用极为广泛，因为激光在激光束聚焦在材料表面的时候能够使材料熔化，使激光束与材料沿一定轨迹作相对运动,从而形成一定形状的切缝。七十年代后,为了改善和提高火焰切割的切口质量,又推广了氧乙烷精密火焰切割和等离子切割。在工业生产中有一定的适用范围。

[编辑本段]【激光美容】

(1)激光在美容界的用途越来越广泛。激光是通过产生高能量，聚焦精确，具有一定穿透力的单色光，作用于人体组织而在局部产生高热量从而达到去除或破坏目标组织的目的，各种不同波长的脉冲激光可治疗各种血管性皮肤病及色素沉着，如太田痣、鲜红斑痣、雀斑、老年斑、毛细血管扩张等，以及去纹身、洗眼线、洗眉、治疗瘢痕等；而近年来一些新型的激光仪，高能超脉冲CO2激光，铒激光进行除皱、磨皮换肤、治疗打鼾，美白牙齿等等，取得了良好的疗效，为激光外科开辟越来越广阔的领域。

(2)激光手术有传统手术无法比拟的优越性。首先激光手术不需要住院治疗，手术切口小，术中不出血，创伤轻，无瘢痕。例如：眼袋的治疗传统手术法存在着由于剥离范围广、术中出血多，术后愈合慢，易形成瘢痕等缺点，而应用高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋，则以它术中不出血，不需缝合，不影响正常工作，手术部位水肿轻，恢复快，无瘢痕等优点，令传统手术无法比拟。而一些由于出血多而无法进行的内窥镜手术，则可由激光切割代替完成。(注：有一定的适应范围)

(3)激光在血管性皮肤病以及色素沉着的治疗中成效卓越。使用脉冲染料激光治疗鲜红斑痣，疗效显著，对周围组织损伤小，几乎不落疤。它的出现，成为鲜红斑痣治疗史上的一次革命，因为鲜红斑痣治疗史上，放射、冷冻、电灼、手术等方法，其瘢痕发生率均高，并常出现色素脱失或沉着。激光治疗血管性皮肤病是利用含氧血红蛋白对一定波长的激光选择性的吸收，而导致血管组织的高度破坏，其具有高度精确性与安全性，不会影响周围邻近组织。因此，激光治疗毛细血管扩张也是疗效显著。

此外，由于可变脉冲激光等相继问世，使得不满意纹身的去除，以及各类色素性皮肤病如太田痣，老年斑等的治疗得到了重大突破。这类激光根据选择性光热效应理论，(即不同波长的激光可选择性地作用于不同颜色的皮肤损害)，利用其强大的瞬间功率，高度集中的辐射能量及色素选择性，极短的脉宽，使激光能量集中作用于色素颗粒、将其直接汽化、击碎，通过淋巴组织排出体外，而不影响周围正常组织，并且以其疗效确切，安全可靠，无瘢痕，痛苦小而深入人心。

(4)激光外科开创了医学美容的新纪元。高能超脉冲CO2激光磨皮换肤术开拓了美容外科的新技术。它利用高能量，极短脉冲的激光，使老化、损伤的皮肤组织瞬间被汽化，不伤及周围组织，治疗过程中几乎不出血，并可精确的控制作用深度。其效果得到国际医学整形美容界充分肯定，被誉为“开创了医学美容新纪元”；此外，更有高能超脉冲CO2激光仪治疗眼袋、打鼾、甚至激光美白牙齿等，以其安全精确的疗效，简便快捷的治疗在医学美容界创造了一个又一个奇迹。激光美容使得医学美容向前迈进了一大步，并且赋于医学美容更新的内涵。

[编辑本段]【激光冷却】

激光冷却(laser cooling)利用激光和原子的相互作用减速原子运动以获得超低温原子的高新技术。这一重要技术早期的主要目的是为了精确测量各种原子参数，用于高分辨率激光光谱和超高精度的量子频标(原子钟)，后来却成为实现原子玻色-爱因斯坦凝聚的关键实验方法。虽然早在20世纪初人们就注意到光对原子有辐射压力作用，只是在激光器发明之后，才发展了利用光压改变原子速度的技术。人们发现，当原子在频率略低于原子跃迁能级差且相向传播的一对激光束中运动时，由于多普勒效应，原子倾向于吸收与原子运动方向相反的光子，而对与其相同方向行进的光子吸收几率较小;吸收后的光子将各向同性地自发辐射。平均地看来，两束激光的净作用是产生一个与原子运动方向相反的阻尼力，从而使原子的运动减缓(即冷却下来)。1985年美国国家标准与技术研究院的菲利浦斯(willam D.Phillips)和斯坦福大学的朱檬文(Steven Chu)首先实现了激光冷却原子的实验，并得到了极低温度(24μK)的钠原子气体。他们进一步用三维激光束形成磁光讲将原子囚禁在一个空间的小区域中加以冷却，获得了更低温度的“光学粘胶”。之后，许多激光冷却的新方法不断涌现，其中较著名的有“速度选择相干布居囚禁”和“拉曼冷却”，前者由法国巴黎高等师范学院的柯亨-达诺基(Claud Cohen-Tannodji)提出，后者由朱模文提出，他们利用这种技术分别获得了低于光子反冲极限的极低温度。此后，人们还发展了磁场和激光相结合的一系列冷却技术，其中包括偏振梯度冷却、磁感应冷却等等。朱模文、柯亨-达诺基和菲利浦斯三人也因此而获得了1997年诺贝尔物理学奖。激光冷却有许多应用，如:原子光学、原子刻蚀、原子钟、光学晶格、光镊子、玻色-爱因斯坦凝聚、原子激光、高分辨率光谱以及光和物质的相互作用的基础研究等等。

[编辑本段]【激光光谱】

激光光谱（laser spectra）以激光为光源的光谱技术。与普通光源相比，激光光源具有单色性好、亮度高、方向性强和相干性强等特点，是用来研究光与物质的相互作用，从而辨认物质及其所在体系的结构、组成、状态及其变化的理想光源。激光的出现使原有的光谱技术在灵敏度和分辨率方面得到很大的改善。由于已能获得强度极高、脉冲宽度极窄的激光，对多光子过程、非线性光化学过程以及分子被激发后的弛豫过程的观察成为可能，并分别发展成为新的光谱技术。激光光谱学已成为与物理学、化学、生物学及材料科学等密切相关的研究领域。

[编辑本段]【激光传感器】

激光传感器（laser transducer）利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。

[编辑本段]【激光雷达】

激光雷达（laser radar）是指用激光器作为辐射源的雷达。激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物 。由发射机 、天线 、接收机 、跟踪架及信息处理等部分组成。发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。

[编辑本段]【激光武器】

激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同，激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成，目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、CO2激光器等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点，但也存在易受天气和环境影响等弱点。激光武器已有30多年的发展历史，其关键技术也已取得突破，美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。目前低能激光武器已经投入使用，主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器，以及攻击人眼和一些增强型观测设备；高能激光武器主要采用化学激光器，按照现有的水平，今后5—10年内可望在地面和空中平台上部署使用，用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。

激光焊接、电子束焊接、超声波焊接与电弧焊等传统焊接方法有何区别？

网上资料，供参考。

焊接是一种连接金属或热塑性塑料的制造或雕塑过程。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域（熔池），熔池冷却凝固後便形成材料之间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。普通焊接与硬钎焊（brazing）和软钎焊（soldering）的区别在於软钎焊通过融化熔点较低（低於工件本身的熔点）的焊料来形成连接，无需加热熔化工件本身。

焊接的能量来源有很多种，包括气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。除了在工厂中使用外，焊接还可以在多种环境下进行，如野外、水下和太空。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，所以在进行焊接时必须采取适当的防护措施。焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等。

19世纪末之前，唯一的焊接工艺是铁匠沿用了数百年的金属锻焊。最早的现代焊接技术出现在19世纪末，先是弧焊和氧燃气焊，稍后出现了电阻焊。20世纪早期，第一次世界大战和第二次世界大战中对军用设备的需求量很大，与之相应的廉价可靠的金属连接工艺受到重视，进而促进了焊接技术的发展。战后，先后出现了几种现代焊接技术，包括目前最流行的手工电弧焊、以及诸如熔化极气体保护电弧焊、埋弧焊、药芯焊丝电弧焊和电渣焊这样的自动或半自动焊接技术。20世纪下半叶，焊接技术的发展日新月异，激光焊接和电子束焊接被开发出来。今天，焊接机器人在工业生产中得到了广泛的应用。研究人员仍在深入研究焊接的本质，继续开发新的焊接方法，并进一步提高焊接质量。

弧焊

弧焊（Arc welding）使用焊接电源来创造并维持电极和焊接材料之间的电弧，使焊点上的金属融化形成熔池。它们可以使用直流电或交流电，使用消耗性或非消耗性电极。有时在熔池附近会引入某种惰性或半惰性气体，即保护气体，有时还会添加焊补材料。

弧焊过程要消耗大量的电能，可以通过多种焊接电源来供应能量。最常见的焊接电源包括恒流电源和恒压电源。在弧焊过程中，所施加的电压决定电弧的长度，所输入的电流则决定输出的热量。恒流电源输出恒定的电流和波动的电压，多用于人工焊接，如手工电弧焊和钨极气体保护电弧焊。因为人工焊接要求电流保持相对稳定，而在实际操作中，电极的位置很难保证不变，弧长和电压也会随之发生变化。恒压电源输出恒定的电压和波动的电流，因此常用于自动焊接工艺，如熔化极气体保护电弧焊、药芯焊丝电弧焊和埋弧焊。在这些焊接工艺中中，电弧长度保持恒定，因为焊头和工件之间距离发生的任何波动都通过电流的变化来弥补。例如，如果焊头和工件的间隔过近，电流将急速增大，使得焊点处发热量骤增，焊头部分融化直至间隔恢复到原来的程度。

所用的电的类型对焊接有很大影响。耗电量大的焊接工艺，如手工电弧焊和熔化极气体保护电弧焊通常使用直流电，电极可接正极或负极。在焊接中，接正极的部分会有更大的热量集中，因此，改变电极的极性将影响到焊接性能。如果是工件接正极，工件将更热，焊接深度和焊接速度也会大大提高。反之，工件接负极的话将焊出较浅的焊缝。 耗电量较小的焊接工艺，如钨极气体保护电弧焊，可以通直流电（采用任意接头方式），也可以使用交流电。然而，这些焊接工艺所采用的电极都是只产生电弧而不提供焊料的，因此在使用直流电时，接正电极的时候，焊接深度较浅，而接负电极时能产生更深的焊缝。交流电使电极的极性迅速变化，从而将生成中等穿透程度的焊缝。使用交流电的缺点之一是，每一次变化的电压通过电压零点后，电弧必须重新点燃，为解决这一问题，一些特殊的焊接电源产生的是方波型的交流电，而不是通常的正弦波型，使得电压变化通过零点时的负面影响降到最小。

手工电弧焊

手工电弧焊（Shielded metal arc welding，SMAW）是最常见的焊接工艺。在焊接材料和消耗性的焊条之间，通过施加高电压来形成电弧，焊条的芯部分通常由钢制成，外层包覆有一层助焊剂。在焊接过程中，助焊剂燃烧产生二氧化碳，保护焊缝区免受氧化和污染。电极芯则直接充当填充材料，不需要另外添加焊料。

这种工艺的适应面很广，所需的设备也相对便宜，非常适合现场和户外作业。操作者只需接受少量的培训便可熟练掌握。焊接时间较慢，因为消耗性的焊条电极必须经常更换。焊接后还需要清除助焊剂形成的焊渣。此外，这一技术通常只用于焊接黑色金属，焊铸铁、镍、铝、铜等金属时需要使用特殊焊条。缺乏经验的操作者还往往难以掌握特殊位置的焊接。

熔化极气体保护电弧焊（Gas metal arc welding，GMAW） ，又称为金属-惰性气体焊或MIG焊，是一种半自动或自动的焊接工艺。它采用焊条连续送丝作为电极，并用惰性或半惰性的混合气体保护焊点。和手工电弧焊相似，操作者稍加培训就能熟练掌握。由于焊丝供应是连续的，熔化极气体保护电弧焊和手工电弧焊相比能获得更高的焊接速度。此外，因其电弧相对手工电弧焊较小，熔化极气体保护电弧焊更适合进行特殊位置焊接（如仰焊）。

和手工电弧焊相比，熔化极气体保护电弧焊所需的设备要复杂和昂贵得多，安装过程也比较繁琐。因此，熔化极气体保护电弧焊的便携性和通用性并不好，而且由于必须使用保护气体，并不是特别适合于户外作业。但是，熔化极气体保护电弧焊的焊接速度较快，非常适合工厂化大规模焊接。这一工艺适用于多种金属，包括黑色和有色金属。

另一种相似的技术是药芯焊丝电弧焊（Flux-cored arc welding，FCAW），它使用和熔化极气体保护电弧焊相似的设备，但采用敷盖粉末材料的钢质电极芯的焊条。和标准的实心焊条相比，这种焊丝更加昂贵，在焊接中会产生烟和焊渣，但使用它可以获得更高的焊接速度和更大的焊深。

钨极气体保护电弧焊（Gas tungsten arc welding，GTAW），或称钨-惰性气体（TIG焊）焊接（有时误称为氦弧焊），是一种手工焊接工艺。它采用非消耗性的钨电极，惰性或半惰性的保护气体，以及额外的焊料。这种工艺拥有稳定的电弧和较高的焊接质量，特别适用于焊接板料，但这一工艺对操作者的要求较高，焊接速度相对较低。

钨极气体保护电弧焊几乎适用于所有的可焊金属，最常用于焊接不锈钢和轻金属。它往往用于焊接那些对焊接质量要求较高的产品，如自行车、飞机和海上作业工具。与之类似的是等离子弧焊（Plasma arc welding，PAW），它采用钨电极和等离子气体来生成电弧。等离子弧焊的电弧相对于钨极气体保护电弧焊更集中，使对等离子弧焊的横向控制显得尤为重要，因此这一技术对机械系统的要求较高。由于其电流较稳定，该方法与钨极气体保护电弧焊相比，焊深更大，焊接速度更快。它能够焊接钨极气体保护电弧焊所能焊接的几乎所有金属，唯一不能焊接的是镁。不锈钢自动焊接是等离子弧焊的重要应用。该工艺的一种变种是等离子切割，适用于钢的切割。

埋弧焊（Submerged arc welding，SAW），是一种高效率的焊接工艺。埋弧焊的电弧是在助焊剂内部生成的，由于助焊剂阻隔了大气的影响，焊接质量因此得以大大提升。埋弧焊的焊渣往往能够自行脱落，无需清理焊渣。埋弧焊可以通过采用自动送丝装置来实现自动焊接，这样可以获得极高的焊接速度。由于电弧隐藏在助焊剂之下，几乎不产生烟雾，埋弧焊的工作环境大大好于其他弧焊工艺。这一工艺常用于工业生产，尤其是在制造大型产品和压力容器时。其他的弧焊工艺包括原子氢焊（Atomic hydrogen welding，AHW）、碳弧焊（Carbon arc welding，CAW）、电渣焊（Electroslag welding，ESW）、气电焊（Electrogas welding，EGW）、螺柱焊接（Stud welding）等。

使用可燃气焊接金属部件

最常见的气焊工艺是可燃气焊接（Oxy-fuel welding），也称为氧乙炔焰焊接。它是最古老，最通用的焊接工艺之一，但近年来在工业生产中已经不多见。它仍广泛用于制造和维修管道，也适用于制造某些类型的金属艺术品。可燃气焊接不仅可以用于焊接铁或钢，还可用于铜焊、钎焊、加热金属（以便弯曲成型）、气焰切割等。

可燃气焊接所需的设备较简单，也相对便宜，一般通过氧气和乙炔混合燃烧来产生温度约为3100摄氏度的火焰。因为火焰相对电弧更分散，可燃气焊接的焊缝冷却速度较慢，可能会导致更大的应力残留和焊接变形，但这一特性简化了高合金钢的焊接。一种衍生的应用被称为气焰切割，即用气体火焰来切割金属[5] 。其他的气焊工艺有空气乙炔焊、氧氢焊、气压焊，它们的区别主要在于使用不同的燃料气体。氢氧焊有时用于小物品的精密焊接，如珠宝首饰。气焊也可用于焊接塑料，一般采用加热空气来焊接塑料，其工作温度比焊接金属要低得多。

电阻焊

电阻焊（Resistance welding）的原理是：两个或多个金属表面接触时，接触面上会产生接触电阻。如果在这些金属中通过较大的电流（1,000—100,000安培），根据焦耳定律，接触电阻大的部分会发热，将接触点附近的金属熔化形成熔池。一般来说，电阻焊是一种高效、无污染的焊接工艺，但其应用因为设备成本的问题受到限制。

点焊机

点焊（Spot welding），或称电阻点焊，是一种流行的电阻焊工艺，用于连接叠压在一起的金属板，金属板的厚度可达3毫米。两个电极在固定金属板的同时，还向金属板输送强电流。该方法的优点包括：能源利用效率较高，工件变形小，焊接速度快，易于实现自动化焊接，而且无需焊料。由于电阻点焊的焊缝强度明显较低，这一工艺只适合于制造某些产品。它广泛应用于汽车制造业，一辆普通汽车上由工业机器人进行的焊接点多达几千处。一种特殊的点焊工艺（Shot welding），可用于不锈钢点焊。

与点焊类似的一种焊接工艺称为缝焊（Seam welding），它通过电极施加压力和电流来拼接金属板。缝焊所采用的电极是轧辊形而非点形，电极可以滚动来输送金属板，这使得缝焊能够制造较长的焊缝。在过去，这种工艺被用于制造易拉罐，但现在已经很少使用。其他的电阻焊工艺包括闪光焊（Flash welding）、凸焊（projection welding）、对焊（Upset welding）等。

能量束焊接

能源束焊接工艺包括激光焊接（Laser beam welding，LBW）和电子束焊接（Electron beam welding，EBW）。它们都是相对较新的工艺，在高科技制造业中很受欢迎。这两种工艺的原理相近，最显著的区别在于它们的能量来源。激光焊接法采用的是高度集中的激光束，而电子束焊接法则使用在真空室中发射的电子束。由于两种能量束都具有很高的能量密度，能量束焊接的熔深很大，而焊点很小。这两种焊接工艺的工作速度都很快，很容易实现自动化，生产效率极高。主要缺点是设备成本极其昂贵（虽然价格一直在下降），焊缝容易发生热裂。在这个领域的新发展是激光复合焊（Laser-hybrid welding），它结合了激光焊接和电弧焊的优点，因此能够获得质量更高的焊缝。

固态焊接

和最早的焊接工艺锻焊类似的是，一些现代焊接工艺也无需将材料熔化来形成连接。其中最流行的是超声波焊接（Ultrasonic welding），它通过施加高频声波和压力来连接金属和热塑塑料制成的板料和线。超声波焊接的设备和原理都和电阻焊类似，只是输入的不是电流而是高频振动。这一焊接工艺焊接金属时不会将金属加热到熔化，焊缝的形成依赖的是水平振动和压力。焊接塑料的时候，则应该在熔融温度下施加垂直方向的振动。超声波焊接常用于制造铜或铝质地的电气接口，也多见于焊接复合材料。

另一种较常见固态焊接工艺是爆炸焊（Explosion welding），它的原理是使材料在爆炸产生的高温高压作用下形成连接。爆炸产生的冲击使得材料短时间内表现出可塑性，从而形成焊点，这一过程中只产生很少量的热量。这一工艺通常用于连接不同材料的焊接，如在船体或复合板上连接铝制部件。其他固态焊接工艺包括挤压焊（Co-extrusion welding）、冷焊（Cold welding）、扩散焊（Diffusion welding）、摩擦焊（Friction welding）（包括搅拌摩擦焊（Friction stir welding））、高频焊（ High frequency welding）、热压焊（Hot pressure welding）、感应焊（Induction welding）、热轧焊 （Roll welding）。

接头型式

常见的焊接接头类型：（1）I形对接接头；（2）V形对接接头；（3）搭接接头；（4）T形接头。

工件之间的焊接连接可以有多种接头形式。五种基本接头类型分别是：对接接头、搭接接头、角接接头、端接接头、T形接头。还有一些由此衍生的接头形式存在，例如双V形对接制备接头，它的特点是把两个待连接的材料都切屑成V型尖角形状。单U型和双U型对接制备接头也很常见，它们的接头被加工成曲线状的U形，和V形接头的直线型不同，搭接接头可以用来连接两件以上的材料，这取决于焊接工艺和材料的厚度，一个搭接接头可以焊接多个工件。

通常情况下，某些焊接工艺不能或几乎完全不能加工某些类型的接头。例如，电阻点焊、激光焊和电子束焊时常常采用搭接接头。然而，一些焊接工艺，如手工电弧焊，几乎可以采用任何接头类型。值得一提的是，有些焊接工艺允许进行多次焊接：在一次焊接的焊缝冷却之后，在其基础上再焊一次。这样就能够以V形对接接头来焊接较厚的工件。

一个焊接接头的横截面，颜色最深的部分是焊接区或称熔化区，较浅的部分是热影响区，颜色最浅的部分是母材

焊接结束之后，焊缝附近的材料显示出几个区别明显的区域。焊缝被称为熔化区，更具体地说就是助焊剂融化后填充的区域，熔化区的材料特性主要取决于所使用的助焊剂，以及助焊剂和母材的兼容性。熔化区周围的是热影响区（HAZ），该区域的材料在焊接过程中产生了微观结构和特性上的变化，这些变化取决于母材在受热状态下的特性。热影响区的金属性能往往不如母材和熔化区，残余应力就分布在这一区域[28]。

[编辑] 焊接质量

衡量焊接质量的主要指标是焊点及其周边材料的强度。影响强度的因素很多，包括焊接工艺、能量的注入形式、母材、填充材料、助焊剂、接头设计形式，以及上述因素间的相互作用。通常采用有损或无损检测来检查焊接质量，检测的主要对象是焊点的缺陷、残余应力和变形的程度、热影响区的性质。焊接检测有一整套规范和标准，来指导操作者采用适当的焊接工艺并判断焊接质量。

[编辑] 热影响区

图中蓝色部分显示了在600°C左右的焊接过程中造成的金属氧化。通过颜色来判断焊接时的温度是很准确的，但是颜色区域不代表热影响区的大小。真正的热影响区实际上是焊缝周围很窄小的区域。

焊接工艺对焊缝附近的金属特性的影响是可以标定的，不同焊接材料和焊接工艺会形成大小不一、特性各异的热影响区。母材的热扩散系数对热影响区的性质有很大的影响：较大的热扩散系数使得材料能以较快速度冷却，形成相对较小的热影响区。与之相反的是，如果材料的热扩散系数较小，散热困难，热影响区相对就较大。焊接工艺的热能输入量对热影响区也有显著的影响，如氧乙炔焊接中，由于热量不是集中输入的，会形成较大的热影响区。而诸如激光焊接这样的工艺，能够把有限的热量集中输出，所造成的热影响区较小。弧焊所造成的热影响区则位于两种极端情况之间，操作者水平往往决定了弧焊热影响区的大小[29][30]。

计算弧焊的热输入量，可以采用以下的公式：

Q = \left(\frac{V \times I \times 60}{S \times 1000} \right) \times \mathit{Efficiency}

式中Q为热输入量（kJ/mm），V为电压（V），I为电流（A），S为焊接速度（mm/min）。Efficiency（效率）的取值取决于所采用的焊接工艺：手工电弧焊为0.75，气体金属电弧焊和埋弧焊为0.9，钨极气体保护电弧焊为0.8[31]。

[编辑] 扭曲和断裂

由于焊接时金属被加热到熔化温度，它们在冷却时会产生收缩。收缩会产生残余应力，并造成纵向和圆周方向的扭曲。扭曲可能导致产品形状的失控。为了消除扭曲，有时焊接时会引入一定的偏移量，以抵消冷却造成的扭曲[32]。限制扭曲的其他方法包括将工件夹紧，但是这样可能导致热影响区残余应力的增大。残余应力会降低母材的机械性能，形成灾难性的冷裂纹。第二次世界大战期间建造的多艘自由轮就出现过这种问题[33][34]。冷裂纹仅见于钢材料，它与钢冷却时形成马氏体有关，断裂多发生在母材的热影响区。为了减少扭曲和残余应力，应该控制焊接的热输入量，单个材料上的焊接应该一次完工，而不是分多次进行。

其他类型的裂纹，如热裂纹和硬化裂纹，在所有金属的焊接熔化区都可能出现。为了减少裂纹的出现，金属焊接时不应施加外力约束，并采用适当的助焊剂[35]。

[编辑] 可焊性

焊接的质量还取决于所采用的母材和填充材料。并非所有的金属都能焊接，不同的母材需要搭配特定的助焊剂。

[编辑] 钢铁

不同钢铁材料的可焊性与其本身的硬化特性成反比，硬化特性指的是钢铁焊接后冷却期间产生马氏体的能力。钢铁的硬化特性取决于它的化学成分，如果一块钢材料含有较高比例的碳和其他合金元素，它的硬化特性指标就较高，因此可焊性相对较低。要比较不同合金钢的可焊性，可以采用以一种名为当量碳含量的方法，它可以反映出不同合金钢相对于普通碳钢的可焊性。例如，铬和钒对可焊性的影响要比铜和镍高，而以上合金元素的影响因子比碳都要小。合金钢的当量碳含量越高，其可焊性就越低。如果为了取得较高的可焊性而采用普通碳钢和低合金钢的话，产品的强度就相对较低——可焊性和产品强度之间存在着微妙的权衡关系。1970年代开发出的高强度低合金钢则克服了强度和可焊性之间的矛盾，这些合金钢在拥有高强度的同时也有很好的可焊性，使得它们成为焊接应用的理想材料[36]。

由于不锈钢含有较高比例的铬，所以对它的可焊性的分析不同于其他钢材。不锈钢中的奥氏体具有较好的可焊性，但是奥氏体因其较高的热膨胀系数而对扭曲十分敏感。一些奥氏体不锈钢合金容易断裂，因此降低了它们的抗腐蚀性能。如果在焊接中不注意控制铁素体的生成，就可能导致热断裂。为了解决这个问题，可以采用一只额外的电极头，用来沉积一种含有少量铁素体的焊缝金属。铁素体不锈钢和马氏体不锈钢的可焊性也不好，在焊接中必须要预热，并用特殊焊接电极来焊接[37]。

[编辑] 铝

铝合金的可焊性随着其所含合金元素的不同变化很大。铝合金对热断裂的敏感度很高，因此在焊接时通常采用高焊接速度、低热输入的方法。预热可以降低焊接区域的温度梯度，从而减少热断裂。但是预热也会降低母材的机械性能，并且不能在母材固定时施加。采用适当的接头形式、兼容性更好的填充合金都能减少热断裂的出现。铝合金在焊接之前应清理表面，除去氧化物、油污和松散的杂质。表面清理是非常重要的，因为铝合金焊接时，过多的氢会造成泡沫化，过多的氧会形成浮渣[38]。

[编辑] 极端环境下的焊接

水下焊接

除了在工厂和修理店这样的可控制环境下工作外，一些焊接工艺还可以在多种环境下进行，如户外、水下、真空（如太空）。在户外作业，如建筑建设和修理工作中，常采用手工电弧焊。需要保护气体的焊接工艺通常不能在户外进行，因为空气的无序流动会导致焊接失败。手工电弧焊还可用于水下焊接，如焊接船体、水下管道、海上作业平台等。水下焊接较常用的工艺还有药芯焊丝电弧焊等。在太空中进行焊接也是可行的：1969年，苏联宇航员第一次在真空环境下试验了手工电弧焊、等离子弧焊和电子束焊接。在那以后的几十年中，太空焊接技术得到了很大的发展。今天，研究者们仍在尝试将不同的焊接技术转移到真空中进行，如激光焊接、电阻焊和摩擦焊等。这些焊接技术在国际空间站的建设中起了很大的作用，透过真空焊接技术，在地面搭建好的空间站子模块得以在太空中组装成型[39]。

[编辑] 保护措施

焊工穿着防护头盔、手套和防护服进行弧焊操作

在缺乏保护的情况下进行焊接作业是十分危险而且有害健康的。通过采用新技术和合适的保护措施，焊接时发生事故和死亡的危险可以大大降低。常用的焊接技术往往采用开放式电弧或火焰，很容易造成烧伤。焊工通过加穿个人防护设备，如橡胶手套、长袖防护夹克等来避免人体暴露在高温和火焰下。除此之外，焊接区域的强烈光照会造成电光性眼炎之类的疾病，因为焊接时产生的大量紫外线会刺激并破坏角膜和视网膜。在进行弧焊时，必须佩带保护眼睛的护目镜或防护头盔。近年来开发的新型防护头盔，可以随着入射紫外线的强度改变护目镜片的透光度。为了保护焊工之外接近焊接现场的人，焊接工作现场往往用半透明的保护幕围起来。这些保护幕通常是聚氯乙烯制成的塑料幕布，能够保护附近的无关人员免受电弧产生的高强度紫外线的照射，但是保护幕不能完全代替护目镜和头盔[40]。

焊工还会受到危险气体和飞溅材料的威胁。诸如药芯焊丝电弧焊和手工电弧焊这样的焊接工艺会产生含有多种氧化物的烟雾，可能会造成金属烟热之类的职业病。焊接烟雾中的小颗粒也会影响工人的健康，颗粒的尺寸越小，危害越大。另外，很多的焊接工艺会产生有害气体和烟气，常见的如二氧化碳、臭氧和重金属氧化物。这些气体对没有经验和有效通风措施的操作人员危害很大。值得注意的还有，很多焊接工艺所采用的保护气体和原材料是易燃易爆的，需要采用适当的防护措施，如控制空气中氧气的含量、将易燃易爆材料分开堆放等[41]。焊接排烟设备常用来抽散有害气体，并通过高效率有隔板空气过滤器来过滤。

[编辑] 经济性和发展趋势

焊接的经济成本是其工业应用的重要影响因素。影响焊接成本的因素很多，如设备、人力、原材料和能量成本等。焊接设备的成本对不同工艺来说变化很大，手工电弧焊和可燃气焊接相对成本低廉，激光焊接和电子束焊接则成本较高。由于某些焊接工艺的成本高昂，一般只用于制造重要的部件。自动焊接设备和焊接机器人的设备成本也很高，因此它们的使用也受到相应的限制。人力成本取决于焊接的速度、每小时工资和总工作时间（包括焊接和后续处理）。原材料成本包括购置母材、焊缝填充材料、保护气体的费用。能量成本则取决于电弧工作时间和焊接的能量需求。

对于手工焊接来说，人力成本往往占总成本的很大一部分。因此，手工焊接成本的降低往往着眼于减少焊接操作的时间，有效的方法包括提高焊接速度、优化焊接参数等。焊接之后的除渣也是一件费时费力的工作。因此，减少焊渣能够提高安全性、环保性，并降低成本，提高焊接质量[42]。机械化和自动化作业也能有效地降低人力成本，但另一方面增加了设备成本，还需要额外的设备安装和调试时间。当产品有特殊需求时，原材料成本往往随之水涨船高。而能量成本通常是不重要的，因为它一般只占总成本的几个百分点[43]。

近年来为了减少高端产品中焊接的人力成本，工业生产中的电阻点焊和弧焊大量采用自动焊接设备（尤其是汽车工业）。焊接机器人能够有效地完成焊接，尤其是点焊。随着技术的进步，焊接机器人也开始用于弧焊。焊接技术的前沿发展领域包括：异型材料之间的焊接（如铁和铝部件的焊接连接）、新型焊接工艺，如搅拌摩擦焊（friction stir welding）、磁力脉冲焊（magnetic pulse welding）、导热缝焊（conductive heat seam welding）和激光复合焊（laser-hybrid welding）等。其他研究则集中于扩展现有焊接工艺的应用范围，如将激光焊接应用于航空和汽车工业。研究者们还希望进一步提高焊接质量，尤其是控制焊缝的微观结构和残余应力，以减少焊缝的变形断裂

激光焊强度

看焊接的材料而定。比如不锈钢，镭捷激光焊接的强度几乎相同于本身不锈钢的强度。不加料焊接。氩弧焊接却达不到这个强度。但是昆山激光焊接大部分是精密焊接。也就是比较小的产品厚度在5mm以内的。有其他问题可联系镭捷激光。

316L不锈钢如果经过激光焊接，焊口的屈服强度能达到多少？有什么根据？

焊缝组织被认为属于准铸态组织（即便是熔区很窄小的激光焊接），并没有明显的屈服点，

对于316L来说，这种奥氏体不锈钢塑性特别好，

所以更没有屈服点这一说。

对于焊缝强度，一般都是考核抗拉强度。

对于合格焊接工艺，只能回答焊口抗拉强度不低于母材。

至于你要的所谓根据，只能说焊接的原则就是如此：不能弱于母材。

而具体到激光焊，由于热影响区更小，局部硬化的不利影响更小（对于不锈钢则是沉淀硬化），因而性能更加优良。

关于激光焊接强度计算和激光焊接强度和普通焊接的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。微信号:ymsc_2016