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11、原理光子轰击金属表面，在0.01~0.1μm厚度范围内，经过一系列的复杂过程（微观为量子过程，宏观为激光的吸收、反射、加热、熔化、汽化等）被吸收转化为热能，同时热能不断向金属内部传导，完成焊接过程。第二章激光焊激光(Laser)是英文LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的缩写，意为“通过受激辐射实现光的放大”。激光焊简介22、激光的产生方法1）固体激光器红宝石：波长——0.6943μmYAG：波长——1.06μm钕玻璃：波长——1.06μm2）气体激光器CO2(工作介质为CO2+He+N2混合气体)33、分类1）根据激光发生器的工作性质可分为：固体、半导体、液体、气体激光焊。2）根据激光对工件的作用方式和激光器的输出能量不同可分为：连续激光焊和脉冲激光焊。3）根据激光聚焦后光斑作用在工件上的功率密度的不同可分为：传热焊和深熔焊。4传热焊工件表面温度不超过材料的沸点，工件吸收的光能转变为热能后，通过热传导将工件熔化。深熔焊（锁孔焊）金属表面在光束作用下，温度迅速上开到沸点，金属迅速蒸发形成的蒸汽压力、反冲力等能克服熔融金属的表面张力以及液体的静压力等而形成小孔，激光束可直接深入材料内部，因而能形成深宽比大的焊缝。54、激光焊特点(1)能量密度高、焊接变形小、热影响区小；(2)焊接能量可精确控制，适应性强；(3)光束可传输到任何位置，易实现自动化；(4)同电子束焊接相比，不需要真空环境、不存在X射线污染；(5)深熔焊接的焊缝深宽大，可达12:1；(6)要求装配精度高；大功率焊接时，等离子体密度高，对激光能量的损耗大优点不足65、激光焊接过程中的几种效应(1)等离子体的负面效应激光焊接时，被焊材料熔化、蒸发，并且和保护气体一起被电离，在熔池上方形成等离子云。所以，激光焊接过程实质上也是入射激光、保护气体、等离子体以及被焊材料四者之间相互作过程。等离子体的折射率小于1，它是比真空还光疏的物质，激光入射到等离子云上时，会产生折射、反射、吸收，极端情况下甚至会产生全反射。7(2)对焊缝金属的净化效应金属中的S、P、O、N等杂质，受到激光照射时，由于其对激光的吸收率远远大于金属，游离态的杂质随温度的迅速上升而逸出熔池，而固溶在金属基体中的杂质也由于其沸点低、蒸汽压高而很容易地从熔池中逸出。(3)璧聚焦效应深熔焊接时，由于熔池小孔出现，激光束深入小孔内部，小孔壁对激光多次吸收、反射，最终在小孔底部形成较高的激光功率密度，并全部被吸收。84685193726、激光焊设备及装置(1)激光器——用于发射激光(2)光学系统——传输激光。(3)激光加工机——加工机用以产生工件与夹具间的相对运动.(4)辐射参数传感器——主要用于检测激光器的输出能量和功率，并通过控制系统对其进行控制调整。(5)工艺介质输送系统——输送惰性气体，保护焊缝。(6)工艺参数传感器——检测加工区域的温度、工件的表面状况以及等离子体的特性(7)控制系统——输入参数并对参数进行实时显示、控制，另外还有保护和报警等功能。(8)准直器——一般采用小功率的He-Ne激光器，进行光路的调整和工件的对中。97、激光焊接工艺及参数(1)激光功率(2)焊接速度适当降低焊接速度可加大熔深，但若焊接速度过低，熔深却不再增加，反而使熔宽增大。(3)离焦量(F)焊接时焊件表面距激光焦点的距离（F），正离焦量，负离焦量（焊接厚板）(3)保护气体保护焊缝金属不受有害气体的侵袭，防止氧化污染，提高接头性能；抑制等离子云的形成。10高反射率金属－铝铝合金的激光焊接需要相对较高的能量密度：铝合金反射率较高；铝合金的导热系数很高。LY16、L1-L6和LF21系列的铝合金能够成功地实现激光焊接，且不需要填充金属。许多其它铝合金中含有易挥发的元素，如硅、镁等，焊缝中存在较多气孔。激光焊接纯铝时不会存在以上问题。液态铝的粘度较低，表面张力也很低，因此焊接铝时必须要密切注意焊接熔池，以防止熔池中液态铝的溢出，可通过接头设计或采取不熔透方法来解决。8、典型材料激光焊接性及工艺11激光焊接应用存在问题及解决的途径要求工件装配精密、对中严格高反射材料（铝合金）焊接过程不稳定、焊缝成型差激光焊接等离子体对光反射、吸收，降低能量利用率大功率激光设备价格随功率等级提高呈指数增加开发新型激光器、提高功率、改善光束质量改变材料表面状态选择保护气体、控制能量输出形式激光焊接新工艺：双光束、填丝激光焊接、激光-电弧复合热源焊接等129、激光切割1）激光切割的原理激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开132）激光切割的分类激光汽化切割在非常短的时间内达到材料的沸点汽化，形成蒸气。蒸气喷射的同时在材料上形成切口。激光熔化切割用激光加热使金属材料熔化，通过喷嘴吹非氧化性气体（Ar、He、N2等），依靠气体的强大压力使液态金属排出，形成切口。激光氧气切割用激光作为预热热源，用氧气等活性气体作为切割气体。喷吹出的气体一方面与切割金属作用，发生氧化反应，放出大量的氧化热；另一方面把熔融的氧化物和熔化物从反应区吹出，在金属中形成切口。14激光划片切割激光划片是利用高能量密度的激光在脆性材料的表面进行扫描，使材料受热蒸发出一条小槽，然后施加一定的压力，脆性材料就会沿小槽处裂开。控制断裂切割控制断裂是利用激光刻槽时所产生的陡峭的温度分布，在脆性材料中产生局部热应力，使材料沿小槽断开。1510、激光安全与防护(1)激光的危害①对眼睛的伤害激光亮度比太阳光和电弧光高数十个数量级，直接照射造成视网膜烧伤，致盲。②对皮肤的伤害烧伤、皮肤老化、炎症、皮肤癌等病变。③电击；④有害气体材料蒸发汽化，产生有毒金属烟尘，等离子体产生臭氧1610、激光安全与防护(2)激光的安全防护①一般防护a、电器系统外罩所有维修门应有互锁装置，设置警示标志和信号如“激光危险”、“高压危险”。b、激光光路应全封闭。c、工作台应用玻璃等屏蔽，防止反射光。d、激光工作场地应做隔离，防止无关人员进入危险区。1710、激光安全与防护②人身保护a、激光器现场操作和加工工作人员必须配备激光防护眼镜，穿白色工作服，以减少漫反射的影响。b、只允许有经验的工作人员对激光器进行操作和进行激光加工。c、焊接区应配备有效的通风或排风装置。1811、激光焊新技术(1)电弧加强激光20世纪70年代末，英国伦敦帝国大学就对电弧加强激光焊接进行了研究，提出了电弧加强激光焊的概念。1998年，天津大学对电弧加强激光焊的机理进行了研究。激光复合了电弧以后，其电子密度明显下降。电子密度是激光等离子体和焊接电弧的一个重要物理参数，它决定了等离子体的密度。同时研究还表明，激光+TIG电弧在高速焊接条件下，焊缝熔深比单独激光焊的熔深有很大的提高，约增加了2.5倍。19激光电弧旁轴复合热源201995年哈尔滨工业大学研究了激光电弧同轴复合热源。除了具有上述旁轴热源的优点以外，还克服了旁轴热源的电弧作用在工件上非对称性缺点。旁轴热源对激光的削弱作用很大，而同轴热源这种作用则小得多；旁轴热源的工作机头体积较大，对焊接位置和焊接空间的要求较高，同轴热源在这方面则有很大的改观。21(2)低能激光辅助电弧焊接焊接的主要热源是电弧，而激光的作用是点燃、引导和压缩电弧。C.E.Albright等人通过研究发现，利用一个能量很低的激光就能够很容易地引燃、压缩和控制电弧。从而得到一个易引燃、高能密度、高精度的电弧。22优势：不必再用高频高压引弧，在低压情况下就可以利用激光直接引燃电弧。大部分的电弧能量从激光束导电通道通过，从而大大压缩了电弧，提高了电弧的能量密度。控制激光束的方向，就可以控制电弧的方向，使电弧的可控性得到了很大的提高，这样，就可以用电弧进行高精度的焊接。电弧的挺度也大大加强。23(3)电弧激光顺序焊接这种方法主要用于铝合金的焊接。在电弧激光顺序焊接中，两者的作用点并非一点，而是相隔有一定的距离，这样做的作用是提高铝合金对激光能量的吸收率。激光焊接铝合金时存在下列问题：铝合金对激光反射性强，铝合金对激光的吸收率低而且无规律；铝表面存在氧化膜，使焊缝成形很不规则，非常粗糙，并且有凹坑出现，有时还有严重的飞溅；由于铝的导热性很好，使得产生的气泡不能及时浮出表面，从而造成大的气孔和裂纹。241997年ShidaTomohika等人研究发现，利用电弧激光顺序焊接可以比较好地解决上述问题。MIG电弧在前形成熔池，激光束在后作用在熔池的后半部分。25电弧激光顺序焊接机理a)熔化金属降低了固体金属对激光的反射率，从而使熔深得到增加；b)一个大的熔池在激光的作用点上移动，减缓了铝液体的凝固速度，使得气泡有足够的时间浮出液面，从而抑制气孔的产生倾向；c)MIG焊的阴极雾化作用在激光焊之前清理了铝合金的的氧化膜，使得激光焊能得到更好的焊缝成形；d)MIG焊的焊丝成分可以选择，通过化学冶金可以使焊缝成形更好，同时也能起到抑制焊接缺陷的作用。26F=0F0F0