激光焊接机系统原理

激光焊接机的激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材 料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式，激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠 焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理 ，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化。

通常不采用填充焊料，因此零件之间的配合间隙要小于最精细零件厚度的15%。零件各部分都要相对清洁，因为焊接速度很快 ，来不及将杂质烧掉。多数活性金属的焊接要求有保护气体，但是许多合金也可以在空气中进行焊接。

 

焊接时的热能输入和焊点形状可以由参数及部件控制，分别进行热传导模式焊接，熔透焊接，和小孔焊接。热传导焊接的 深度较浅，范围较宽，类似于GTAW或TIG焊缝形状。这种焊接常常用于一些小型器件，比如和工具，或者中继罐及电池这样的 电子产品，它们需要焊接处光滑，外形美观。熔透模式焊接的深度与焊接宽度相当或略深于宽度。采用熔透模式焊接时，输入 的热能小，熔池小而深，可以用更低平均的。由于焊接周期中维持小孔的需要，小孔模式焊接只用连续或超级模式的连续激光 器。小孔焊接熔池深度宽度比高，达到6：1，是效率最高的焊接过程。脉冲，连续，超级模式的连续激光器都能在热传导模式 下工作，连续激光器可以用熔透模式，而只有超级模式连续激光器可以用于小孔焊接模式。

 

焊接系统

 

脉冲Nd: 激光器能发出多种多样的脉冲，焊接时可以设置脉冲的能量，峰值功率，局部的走势和形状等。正是通过控制这 些脉冲参数，脉冲YAG激光器成为全面的焊接系统。即使是低平均功率的脉冲YAG激光器也能进行大点焊，深度点焊和缝焊，因 为与材料的相互作用由以上的脉冲参数决定，而平均功率对焊接的影响不大。脉冲YAG激光器能产生几十焦耳能量的脉冲，而 激光器的平均功率只有100w。脉冲的峰值功率通常最小为2KW，也可高达10KW。总的来说，脉冲Nd:YAG激光器可用于各种点焊 ，或者是热敏的缝焊，以及铝和铜合金的焊接。脉冲的能量越高，单个脉冲所熔化的材料就越多，所以熔深是由脉冲能量而不 是平均功率来决定的。脉冲激光器的峰值功率将克服铝，铜及其他类似合金的反射和散热等不利因素。脉冲激光器焊接深度能 达到3mm。铁合金与高镍合金焊接时的峰值功率需要达到1KW，铝合金峰值功率需要大约3KW，铜合金需要5KW。可以分段调整脉 冲的形状使焊接质量最优化，并实现不相近的金属之间的焊接。JK激光器拥有最新的脉冲整形技术。通过在整个脉冲范围内调 整峰值功率来控制冷却速率，减少裂缝，消除气孔，改善焊接外观。

 

连续激光器与超级模式连续激光器用于快速，低热能输入，缝焊和拼焊的情况。这些激光器能进行连续的或高速模式及超 级模式的激光输出，为高速焊接和深度焊接提供连续的熔池。真正的脉冲激光器每次脉冲都形成新的熔池并覆盖前次脉冲高达 90%，而连续激光器输入很低的热能就可以焊接了。

 

然而，连续或超级模式的连续激光器必须用较高的平均功率来进行更深的熔透焊接。为了提高焊接深度，激光器要加大平 均功率或者降低焊接速度。这些激光器能进行热传导模式，熔透模式，甚至是近似电子束焊接的小孔模式焊接。可以对激光束 进行不同的调整，如定点模式，缝焊模式以功率爬升模式。而许多模式都包含在受到专利保护的超级模式中。采用超级模式能 将铁合金焊接深度或速度提高40%，铝合金的焊接能力提高600%。

 

超级模式可实现正弦波形和方波输出，激光的峰值功率达到平均功率的2倍，而平均功率与连续输出时相同。比如，平均 功率1KW的激光器能产生100-1000Hz范围内的波形输出，峰值功率达到2KW，而平均功率仍然为1KW。焊接区产生的烟尘及微粒 子会使激光束发生散射，大约有40%的激光能量会在焦点处损失。烟尘集中到能反射激光束的程度需要一些时间。当激光能量 减少时，烟尘会迅速消散。超级模式就是利用了这一点，在烟尘达到一定浓度之前迅速输入能量，然后等烟尘降到反射浓度阈 值之下后开始输出下一个高峰值功率。不同的合金有不同的超级调整频率。在焊接中使用超级调整也能减少孔隙及发热量。在 铁合金中，这些超级模式的连续激光器能在平均功率500W的情况下达到1.5mm的熔深，在1KW情况下达到3.5mm的熔深，而2KW情 况下熔深可达到8mm。

 

这两种激光通常都采用束传输，简化了焊接系统设计，并使焊接过程更加一致可靠。光纤标准长度为5-50m，末端有称为 聚焦头的标准聚焦装置，聚焦头将过来的激光束聚焦到工件上。这些聚焦头可以是简单的直筒形状元件，也有90度角的拐角形 状。CCTV监视系统是常用选项，它可以透过激光棱镜将照相机的焦点投射到工件表面，再加一个十字交叉线发生器，系统就具 备了简单的“对准、加工”功能。其他的选项还包括多点棱镜，环形焦点，焊嘴，气刀等。