採用400wyag固體雷射器對2cr13不鏽鋼進行了雷射焊接工藝研究,分析了脈寬、頻率、電流、脈衝波形對其焊縫成型及表面質量的影響.結果表明,脈寬增加,焊縫寬度、熔深增加,焊縫凹陷也增加;頻率越高,焊縫寬度越窄,熔深越淺;電流增大,熔深、焊縫寬度和焊縫凹陷也相應增加;電流逐漸增大的波形對金屬熔化形成熔池具有緩衝作用,焊縫凹陷較小;(200a×4ms+250a×2ms)×20hz的電源引數適合2mm的2cr13不鏽鋼板材的焊接.
本文研究了超薄紫銅（0.1mm）的雷射焊接。採用正交設計試驗對焊接工藝進行了優化；對焊縫進行了機械效能及金相組織分析。
研究結果表明：電流、脈寬、頻率、離焦量對接頭成形有很大影響。當焊接電流大時，容易出現焊穿、咬邊等缺陷；當脈寬過大時，雷射所輸出的熱量不連續，就如同「海潮」般不穩定；當頻率過大時，雷射輸出能量的密度大，焊縫表面會出現波浪形狀的一層一層的很密的「魚磷」狀的焊縫層；反之，當焊接電流、脈寬、頻率較小時，在焊核表面容易出現未焊透的缺陷，接頭強韌性較低；當焊接電流、脈寬、頻率配合合理時，接頭的強度和塑性分別達到母材的90％和85％。
關鍵詞：雷射焊接，紫銅，優化設計，力學效能，晶粒大小
碳鋼、普通合金鋼、不鏽鋼、不同鋼材之間的雷射焊接、不鏽鋼-低碳鋼，416不鏽鋼-310不鏽鋼，347不鏽鋼-hastally鎳合金，鎳電極-冷鍛鋼，不同鎳含量的雙金屬帶、鈦、鎳、錫、銅、鋁、鉻、鈮、金、銀等多種金屬及其合金，及鋼、可伐合金等合金的同種材料間的焊接。銅－鎳、鎳－鈦、銅－鈦、鈦－鉬、黃銅－銅、低碳鋼－銅等多種異種金屬間的焊接。手機電池、首飾、電子元件、感測器、鐘錶、精密機械、通訊、工藝品等行業。
雷射焊接技術
發表時間：2004-12-24 **：中國機械網
關鍵字：焊接
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雷射焊與電子束焊有許多相似之處，但它不需要真空室，不產生x射線，更適合生產中推廣應用。雷射焊接已成為高能束焊接技術發展的主流。
一、雷射焊接的工藝特點
按焊接熔池形成的機理區分，雷射焊接有兩種基本模式：熱導焊和深熔焊，前者所用雷射功率密度較低（105～106w／cm2），工件吸收雷射後，僅達到表面熔化，然後依靠熱傳導向工件內部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。
後者雷射動車密度高（106～107w／cm2），工件吸收雷射後迅速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔雷射束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著雷射束沿焊接方向移動時，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向後方，凝固後形成焊縫（圖1）。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。
在機械製造領域，除了那些微薄零件之外，一般應選用深館焊。
深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體，在雷射作用下發生電離，從而在小孔內部和上方形成等離子體。等離子體對雷射有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達工件的雷射能量。並影響光束的聚焦效果、對焊接不利。
通常可輔加側吹氣驅除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應，使焊接過程中伴隨著具有特徵的聲、光和電荷產生，研究它們與焊接規範及焊縫質量之間的關係，和利用這些特徵訊號對雷射焊接過程及質量進行監控，具有十分重要的理論意義和實用價值。
由於經聚焦後的雷射束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比電弧焊（5×102～104w/cm2）高幾個數量級，因而雷射焊接具有傳統焊接方法無法比擬的顯著優點：
加熱範圍小，焊縫和熱影響區窄，接頭效能優良；殘餘應力和焊接變形小，可以實現高精度焊接；可對高熔點、高熱導率，熱敏感材料及非金屬進行焊接；焊接速度快，生產率高；具有高度柔性，易於實現自動化。
雷射焊與電子束焊有許多相似之處，但它不需要真空室，不產生x射線，更適合生產中推廣應用。雷射焊接實際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術發展的主流。
二、雷射焊接裝置
雷射焊接裝置主要由雷射器、導光系統、焊接機和控制系統組成。
1．雷射器
用於雷射焊接的雷射器主要有co2氣體雷射器和yag固體雷射器兩種。兩者優缺點比較如表1所示。
雷射器最重要的效能是輸出功率和光束質量。從這兩方面考慮，co2雷射器比yag雷射器具有很大優勢，是目前深熔焊接主要採用的雷射器，生產上應用大多數還處在1.5～6kw範圍，但現在世界上最大的co2雷射器已達50kw。
而yag雷射器在過去相當長一段時間內提高功率有困難，一般功率小於1kw，用於薄小零件的微聯接。但是，近幾年來，國外在研製和生產大功率yag雷射器方面取得了突破性的進展，最大功率已達5kw，並已投入市場。由於其波長短，僅為co2雷射的1/10，有利於金屬表面吸收，可以用光纖傳輸，使導光系統大為簡化。
可以預料，大功率yag雷射焊接技術在今後一段時間內將獲得迅速發展，成為co2雷射焊接強有力的競爭對手。
2. 導光和聚焦系統
導光聚焦系統由圓偏振鏡、擴束鏡、反射鏡或光纖、聚焦鏡等組成，實現改變光束偏振狀態、方向，傳輸光束和聚焦的功能。這些光學零件的狀況對雷射焊接質量有極其重要的影響。在大功率雷射作用下，光學部件，尤其是透鏡效能會劣化使透過率下降；會產生熱透鏡效應（透鏡受熱膨脹焦距縮短）；表面汙染也會增加傳輸損耗。
所以光學部件的質量，維護和工作狀態監測對保證焊接質量至關重要。
3．雷射焊接機
它的作用是實現光束與工件之間的相對運動，完成雷射焊接，分焊接專機和通用焊接機兩種。後者常採用數控系統，有直角座標二維、三維焊接機或關節型雷射焊接機械人。
三、改善和發展雷射焊接的新技術
以下幾項技術有助擴充套件雷射焊接的應用範圍及提高雷射焊接自動控制水平
l. 填充焊絲雷射焊
雷射焊接一般不填充焊絲，但對焊件裝配間隙要求很高，實際生產中有時很難保證，限制了其應用範圍。採用填絲雷射焊，可大大降低對裝配間隙的要求。例如板厚2mm的鋁合金板，如不採用填充焊絲，板材間隙必須為零才能獲得良好的成形，如採用φ1.
6mm的焊絲做為填充金屬，即使間隙增至1.0mm，也可保證焊縫良好的成形。
此外，填充焊絲還可以調整化學成分或進行厚板多層焊。
2. 光束旋轉雷射焊
使雷射束旋轉進行焊接的方法，也可大大降低焊件裝配以及光束對中的要求。例如在2mm厚高強合金鋼板對接時，容許對縫裝配間隙從0.14mm增大到0.
25mm；而對4mm厚的板，則從0.23mm增大到0.30mm。
光束中心與焊縫中心的對準允許誤差從0.25mm增加至0.5mm。
3．雷射焊接質量**檢測與控制
利用等離子體的光、聲、電荷訊號對雷射焊接過程進行檢測，近年來已成為國內外研究的熱點，少數研究成果已達到了閉環控制的程度。圖1是雷射焊接質量檢測和控制系統的例項。
該系統所用感測器及其功能簡單介紹如下：
（l）等離子體監測感測器
1）等離子體光學感測器（ps）：它的作用是採集等離子體的特徵光-紫外光信。
2）等離子體電荷感測器（pcs）；利用噴嘴做探針檢測由於等離子體帶電粒子（正離子、電子）的不均勻擴散而在噴嘴和工件之間形成的電位差。
（2）系統功能
1）識別雷射焊接過程屬於何種方式。穩定深熔焊過程，有等離子體，ps、pcs訊號均很強；穩定熱導焊過程，不產生等離子體，ps、pcs訊號幾乎等於零；模式不穩定焊過程，等離子體間斷性地產生和消失，相應地ps、pcs訊號間斷性地上公升和下降。
2）診斷傳輸到焊接區的雷射功率是否正常。當其他引數一定時，ps和pcs訊號的強弱與入射到焊接區的功率大小有對應關係。因此，監視ps和pcs訊號就可以知道導光系統是否正常，焊接區的功率是否發生了波動。
3）噴嘴高度自動跟蹤。 pcs訊號隨噴嘴-工件距離的增加而減小。利用這一規律進行閉環控制可以保證噴嘴-工作距離不變，實現高度方向的自動跟蹤。
4）焦點位置自動尋優和閉環控制。在深熔焊範圍內，光束焦點位置發生波動時，ps接收到的等離子體光訊號亦隨之變化，以最佳焦點位置處（此對小孔最深）ps訊號最小。依據所發現的這個規律，可以實現焦點位置自動尋優與閉環控制，使焦點位置波動小於0.
2mm，熔深波動小於0.05mm。
責任編輯：林卿
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