激光在工业中的应用.doc

激光在焊接中的应用
激光的方向性好，能量比较集中，如在利用聚焦装置使光斑尺寸进一步缩小，可以获得很高的功率密度，足以使光斑范围内的材料在短时间内达到融化或汽化温度。因此，激光加工是将激光作为热源，对材料进行热加工。其加工过程大体是激光束照射材料，材料吸收光能，光能转变为热能，从而对材料加工。工厂上不同的加工工艺要求不同的激光装置，使材料获得不同的温度，分别进行焊接、打孔、切割、表面热处理等加工工艺。
与其他方法比较，激光加工有如下的一些优越性：
光点小、能量集中、加工点以外的热影响小；
无接触加工，对工件不污染；
能穿过透光外壳对被密封的内部材料进行加工；
加工精确度高，使用于自动化。

激光加工的一般原理
激光加工大多基于光对非透明介质的热作用，也即吸收光能引起的热效应。因此，激光光束特性、材料对光的吸收作用和导热性等对激光加工有很大影响。用于激光加工的激光束常用基摸（TEMoo），，因为它有轴对称的光强分布，所以能达到最佳的激光束聚焦。
激光热加工又分连续光束作用和脉冲作用两种。无论哪一种激光加工方法，都要将一定的功率的激光束聚焦于被加工物体上，使激光与物质相互作用。以金属加工为例，在功劳密度为10^4～10^11W.cm^(-2)的激光聚焦照射下，物质表面将吸收大量激光能量。随着照射时间的推移，激光束与金属表面之间产生多种相互作用过程，使材料局部升温。金属吸收光能并转化为热能，使材料局部温度升高，然后以热传导方式把热传导金属内部。连续的激光照射会在物体的作用点产生液化和汽化的现象，达到加工效果。因为金属表面层吸收的光能转化为热能，而热能又以热传导的方式继续向材料深处传递，所以金属的导热性对材料的加热影响很大。根据热传导理论可以计算激光照射下被加工材料表面的温度和内部的温度变化。知道温度场分布对判断能进行什么加工提供依据。
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。70年件表面，表面热量通过热传导向内扩散，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，形成特定的溶池。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件的精密焊接中。激光焊接技术具有溶池净化效应，能纯净焊缝金属，适用于相同和不同金属材料间的焊接。激光焊接能量密度高，对高熔点、高反射率、高导热率和物理特性相差很大的金属焊接特别有利。激光焊接，用比切割金属时功率较小的激光束，使材料熔化而不使其气化，在冷却后成为一块连续的固体结构。激光焊接系统广泛应用于电子元器件、机械零件、珠宝首饰、钟表、精密器械、工艺品、医疗器械、眼镜、手机电池、同种金属及不同金属、合金等不同材料的焊接。尤其是对于薄壁材料，微小精密零件，流水生产线，同一零件的多点同时焊接，气密焊接等，各种其他焊接型式难以完成的精密焊接，有广泛的应用适应性。与其它焊接技术比较，激光焊接的主要优点是：激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁砀，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。激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深度比可达到5：1，最高可达10：1。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。例如，将铜和钽两种性质截然不同的金属焊接在一起，合格率几乎达百分之百。可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精密定位，可应用于大批量自动生产的微、小型元件的组焊中。例如，集成电路引线、钟表游丝、显像管电子枪组装等由于采用了激光焊，不仅生产效率大大提高，且热影响小、焊点无污染，大提高了焊接的质量。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，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广与应用。
激光焊接工艺方法

片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等四种方法。
丝与丝的焊接。包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。
金属丝与块状元件的焊接。采用激光焊接可以成功的实现金属丝与块件的连接，块状元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。
不同金属的焊接。焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围。不同材料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。

传感器焊接电子元件焊接照相机外壳焊接
C02激光焊接车身拼焊板

利用CCh激光对汽车车身拼焊板进行了焊接实验，并对焊缝进行了显微组织分析和机械性能分析。采用Ar气作为焊接保护气体，能获得比采用N2气时更好的深冲性能；侧吹保护气体的方法能有效地控制焊缝中的锌含量。研究了焊接熔深和焊缝宽度随激光功率和焊接速度变化的规律。实验结果表明，在优化的工艺参数下，激光焊接车身拼焊板的焊缝中没有出