激光钎焊的介绍——基础篇

激光系统的组成

激光钎焊原理

利用激光光束作为热源，聚焦后的光束照射在填充的焊丝表面，焊丝在光束能量持续加热下熔化形成高温液态金属，液态金属浸润到被焊零件连接处，在适当的外部条件下，使之与工件间形成良好的冶金结合。需要注意的是：工件间的连接是通过钎料熔融金属实现的，母材本身不能被激光严重熔蚀损伤。

激光填丝钎焊系统示意图

激光钎焊的优点

l 局部加热，零件不易产生热损伤，热影响区小，可在不伤及母材的情况下施焊。

l 负离焦加热，熔化带宽，无飞溅，填充剂熔化后自然浸润，焊缝外观质量良好，可用于外观区域的钢板拼焊。

l 激光束易于实现分光，可用半透镜、反射镜、棱镜、扫描镜等光学元件进行时间与空间分割，能实现多点同时对称焊。

l 光束容易传输和控制，不需要经常更换焊炬、喷嘴，显著减少停机辅助时间，有荷系数和生产效率较高。

l 容易实现自动化，能有效控制光束强度和精细定位。

激光钎焊的缺点

l 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寸小，焊缝窄，动态填充金属钎料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺陷。

l 激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资相对较大。

l 激光焊接技术复杂，技术难度大，涉及光学、焊接学、自动化系统工程，技术难度大，焊接系统调试复杂。

l 激光危险，防护等级高。系统设备需要专业维护，核心设备故障停机或损坏后，修复难度大(如激光头、光源)，且激光焊接系统占地面积较大。

激光钎焊的参数

激光钎焊参数图

①离焦量。

激光焊接通常需要一定的离焦量来实施焊接，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。

在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料或钎焊时，宜采用正离焦。对焊缝的起点和终点，为获得更好的焊接外观，可以在起点设置功率渐升，首尾时功率渐降；工业生产中也采用出光或收光延时来改善外观质量。

②功率密度

功率密度是激光焊接中最关键的参数之一，它表示光斑内单位面积内光能的分布，如图 4 所示。采用较高功率密度，在微秒级时间内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。采用较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。

③材料的焊接冶金属性及光学属性

熔点、沸点、镀锌层是确认激光钎焊各种参数的基础；材料光吸收率则代表了填充剂和母材有效吸收光能的能力。

④送丝速度

在一定的光功率强度下，只有调试出适当的送丝速度才可以保证焊丝的单位时间熔化量，形成完美的焊缝，送丝太快或太慢都会导致焊接缺陷。

⑤加工速度

即焊接速度、生产节拍，一般与工业化设计能力相关。

⑥加热电流

一般根据填充焊丝是否需要加热电流，可以把激光钎焊分为冷丝焊和热丝焊。在焊丝与部件的过渡处会产生一个接触电阻，通以电流，可起到加热焊丝和局部母材的作用，改善金属的光能吸收效率。

⑦外部因素

(1)保护气体。(2)在实际激光焊接中，为了避免和减少影响焦点位置稳定性的因素，需要专门的夹紧技术和设备，这种设备的精确程度与激光焊接的质量高低是相辅相成的。