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激光焊接加工原理

激光焊接加工原理
激光焊接加工可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105 W/cm2为热传导焊接，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。其中热传导型激光焊接加工原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、功率和频率等参数使工件熔化形成特定的熔池。
激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，能量转换机制是通过小孔完成。在高功率密度激光的照射下，材料蒸发形成小孔，这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光能量，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。在光束照射下的壁体材料连续蒸发产生高温蒸汽，孔壁外液体流动形成的壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持动态平衡。光束不断进入小孔，小孔始终处于流动的稳定状态，围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进而向前移动，熔融金属填充小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。
激光焊接加工的优缺点
激光焊接加工具有很多优点。激光焊接可以将热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，而且因热传导所导致的变形也很低；不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑；激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当的距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥作用；工件可放置在封闭的空间内，激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型或间隔相近的部件。另外激光焊接可焊材质的种类范围很大，可以相互接合各种异质材料，并且易于以自动化进行高速焊接，也可以数位或电脑控制；用激光焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接容易有回熔的困扰，而且激光焊接不受磁场所影响，能精确地对准焊件。
激光焊接加工也有一些缺点，主要表现在以下几个方面。一是焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内；二是焊件需使用夹具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准；三是最大可焊厚度受到限制，渗透厚度远超过19mm的工件在生产线上不适合使用激光焊接加工。四是当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。最后，能量转换效率太低，通常小于10%；焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑，并且设备昂贵。

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