激光焊接基础知识
激光焊接是一种非接触过程，需要从焊接部件的一侧进入焊接区。
• 当强激光快速加热材料时（通常以毫秒计算），就会形成焊缝。
• 通常有 3 种类型的焊缝：
– 传导模式。
– 传导/穿透模式。
– 穿透或锁孔模式。
• 传导模式焊接以低能量密度进行，形成浅而宽的焊核。
• 传导/渗透模式发生在中等能量密度时，且比传导模式具有更强的渗透性。
• 穿透或锁孔模式焊接的特点是焊缝深而窄。
– 在这种模式下，激光会形成一种蒸发材料的细丝，称为“锁孔”，它延伸到材料中并为激光有效地传送到材料中提供管道。
– 这种将能量直接传递到材料中的方法不依赖传导来实现穿透，从而最大限度地减少传递到材料的热量并减少热影响区。
传导焊接
• 传导连接描述了一系列激光束聚焦的过程：
– 功率密度达到 10³ Wmm⁻² 量级
– 它融合材料以形成接头，而不会产生明显的汽化。
• 传导焊接有两种模式：
– 直接加热
– 能量传输。
直接加热
• 直接加热时，
– 热流受表面热源的经典热传导控制，焊接是通过熔化基材的部分来完成的。
• 第一次传导焊接是在 1 世纪 1960 年代初进行的，采用低功率脉冲红宝石和 CO2 用于电线连接器的激光器。
• 可以使用多种配置的线材和薄板对多种金属和合金进行传导焊接。
– CO2 、Nd：YAG 和二极管激光器，功率水平为几十瓦。
– 直接加热 CO2 激光束还可以用于聚合物板材的搭接焊和对接焊。
传动焊接
• 透射焊接是连接透射Nd：YAG 和二极管激光器的近红外辐射的聚合物的有效方法。
• 通过新颖的界面吸收方法吸收能量。
• 只要基质和增强材料的热性能相似，复合材料就可以连接在一起。
• 传导焊接的能量传输模式适用于传输近红外辐射的材料，特别是聚合物。
• 在搭接接头的界面处涂上吸收油墨。油墨吸收激光束能量，并将能量传导至周围有限厚度的材料中，形成熔融界面膜，并在焊接接头处固化。
• 可以进行厚截面搭接接头，而无需熔化接头的外表面。
• 对接焊可以通过将能量以一定角度穿过接头一侧的材料导向接头线来进行，或者如果材料具有高透射性，则从一端导向接头线来进行。
激光焊接和钎焊
• 在激光焊接和钎焊工艺中，光束用于熔化填充物，从而润湿接头边缘而不会熔化基材。
• 激光焊接在 1980 世纪 年代初开始流行，用于通过印刷电路板上的孔连接电子元件的引线。工艺参数由材料特性决定。
穿透激光焊接
• 在高功率密度下，如果能量能够被吸收，所有材料都会蒸发。因此，当以这种方式焊接时，通常会因蒸发而形成孔洞。
• 然后这个“孔”穿过材料，熔融的壁将其后面密封。
• 结果就是所谓的“锁孔焊接”。其特点是熔合区平行且宽度较窄。
激光焊接效率
• 定义这一效率概念的术语称为“连接效率”。
• 连接效率并不是真正的效率，因为它的单位是（连接平方毫米/供给千焦耳）。
– 效率=Vt/P（切割特定能量的倒数），其中V = 移动速度，mm/s；t = 焊接厚度，mm；P = 入射功率，KW。
连接效率
• 连接效率值越高，不必要的加热所消耗的能量就越少。
– 降低热影响区 (HAZ)。
– 降低失真。
• 在这方面电阻焊接最有效，因为熔合和热影响区能量仅在要焊接的高电阻界面处产生。
• 激光和电子束也具有良好的效率和高功率密度。
工艺变化
• 电弧增强激光焊接。
– 安装在靠近激光束相互作用点的 TIG 焊枪产生的电弧将自动锁定在激光产生的热点上。
– 产生这种现象所需的温度比周围温度高出约 300°C。
– 其效果是要么稳定由于移动速度而不稳定的电弧，要么降低稳定电弧的阻力。
– 锁定仅发生在电流较小且阴极喷射速度较慢的电弧中；即电流小于 80A。
– 电弧与激光位于工件的同一侧，这使得焊接速度加倍，而资本成本则略有增加。
• 双光束激光焊接
– 如果同时使用 2 束激光，那么就可以控制焊池的几何形状和焊道形状。
– 使用 2 束电子束可以稳定小孔，从而减少焊接池上的波浪，并提供更好的穿透性和焊道形状。
– 准分子和 CO2 激光光束组合表现出改进的耦合效果，可以获得高反射率材料（例如铝或铜）的焊接。
– 增强耦合主要考虑以下因素：
• 通过准分子引起的表面波纹来改变反射率。
• 通过准分子产生的等离子体进行耦合而产生的二次效应。
