激光焊接技術(shù)的特點與原理及其與傳統(tǒng)焊接的區(qū)別

脈沖激光主要用于1 m m厚度以內(nèi)薄壁金屬材料的點焊和縫焊，其焊接過程屬于熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，再通過熱傳導(dǎo)向材料內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的波形、寬度、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件之間形成良好的連接。在3 C產(chǎn)品外殼、鋰電池、電子元器件、模具補(bǔ) 焊等行業(yè)有著大量的應(yīng)用。脈沖激光焊接最大的優(yōu)點是工件整體溫升很小，熱影響范圍小，工件變形小。

連續(xù)激光焊接大部分都是高功率激光器，功率在500瓦以上，一般1mm以上的板材都應(yīng)該使用這種激光器。其焊接機(jī)理是基于小孔效應(yīng)的深熔焊，深寬比大，可達(dá)到5：1以上，焊接速度快，熱變形小。在機(jī)械、汽車、船舶等行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。還有一部分小功率連續(xù)激光器，功率在 幾十到幾百瓦之間，它們在塑料焊接及激光釬焊這些行業(yè)使用得比較多。

1、激光器工作原理

1.1、YAG激光器的工作原理

激光電源首先把脈沖氙燈點著，通過激光電源對氙燈脈沖放電，形成一定頻率，一定脈寬的光波，該光波經(jīng)過聚光腔輻射到Nd 3+：YAG激光晶體上，激發(fā)Nd 3+：YAG激光晶體發(fā)光，再經(jīng)過激光諧振腔諧振之后，發(fā)出波長為1064nm脈沖激光，該脈沖激光經(jīng)過擴(kuò)束、反射、（或經(jīng)光纖傳輸）聚焦后打在所要焊接的物體上；在PLC或工業(yè)PC機(jī)的控制下，移動數(shù)控工作臺，從而完成焊接。焊接時所需要的脈沖激光的頻率、脈寬、波形、工作臺速度、移動方向均可用單片機(jī)、PLC或工業(yè)PC機(jī)來控制，通過對激光的頻率、脈寬的不同設(shè)定可調(diào)節(jié)控制脈沖激光的能量。

1.2、光纖激光器的工作原理

當(dāng)泵浦光通過光纖中的稀土離子時，就會被稀土離子所吸收。這時吸收光子能量的稀土原子電子就會激勵到較高激射能級，從而實現(xiàn)離子數(shù)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)后的離子數(shù)就會以輻射形式從高能級轉(zhuǎn)移到基態(tài)，并且釋放出能量，完成受激輻射。光纖激光器產(chǎn)生的激光通過光纖輸出，并與配套的工作臺配合，完成相應(yīng)的焊接。光纖激光器分為脈沖光纖激光器和連續(xù)光纖激光器。其中，脈沖光纖激光器可通過激光的峰值功率、頻率、脈寬的設(shè)定來調(diào)節(jié)激光脈沖單點能量；連續(xù)光纖激光器則通過設(shè)定平均激光功率來調(diào)節(jié)輸出激光功率。

1.3、半導(dǎo)體激光器的工作原理

通過一定的激勵方式，在半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶（導(dǎo)帶與價帶）之間，或者半導(dǎo)體物質(zhì)的能帶與雜質(zhì)（受主或施主）能級之間，實現(xiàn)非平衡載流子的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，當(dāng)處于粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)的大量電子與空穴復(fù)合時，便產(chǎn)生受激發(fā)射作用。半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光也可通過光纖輸出進(jìn)行焊接。

2、激光焊接特點

激光焊接是一種新型的焊接方式，激光焊接主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現(xiàn)點焊、對接焊、疊焊、密封焊等，其特點有：

具有高的深寬比，焊縫寬度小，熱影響區(qū)小，變形小，焊接速度快。

焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理工序。

焊縫質(zhì)量高，無氣孔，可減少和優(yōu)化母材雜質(zhì)，組織焊后可細(xì)化，焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母材金屬。

可精確控制，聚焦光點小，可高精度定位，易實現(xiàn)自動化。可實現(xiàn)某些異種材料間的焊接。