激光焊裂纹

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Example:The real parts with cracks 示例：实际有裂纹的零件图

Example:Enlarged view of crack 示例：裂纹放大图

铝合金激光焊接中的常见问题解决方法

铝合金激光焊接中的常见问题解决方法铝是较为活泼的金属，电离能低、导热性很高，表面极易形成难熔的Al2O3膜，在焊缝中容易形成未熔合、气孔、夹杂、热裂纹等缺陷，降低焊接接头的力学性能。下面深圳市海维光电科技有限公司的小编就给大家介绍一下铝合金激光焊接中的常见问题解决方法。 为了实现激光对铝合金的焊接，可以从以下几个方面加以解决一些问题。 气体保护装置 铝合金中低熔点元素损失影响最大的因素是气体从喷嘴喷出时的压力，通过减小喷嘴直径，增加气体压力和流速均可降低Mg、Zn

等在焊接过程中的烧损，同时也可以增加熔深。吹气方式有直吹和侧吹两种，还可以在焊件上下同时吹气，焊接中根据实际情况选择吹气方式。 表面处理 铝合金对激光具有高反作用，对铝合金进行适当的表面预处理，如阳极氧化、电解抛光、喷沙处理、喷砂等方式，可以显著提高表面对光束能量的吸收。研究表明，铝合金去除氧化膜后的结晶裂纹倾向比原始态铝合金大。为了既不破坏铝合金表面状态，又能简化激光焊接工程工艺过程，可以采用焊前预处理的办法升高工件表面温度，以提高材料对激光的吸收率。 激光器参数 焊接激光器分为脉冲激光器和连续激光器，脉冲激光器波长1064nm时光束特别集中，脉冲单点能量比连续激光器的大。但是脉冲激光器的能量一般不超过，所以一般适用薄壁焊件。 脉冲模式焊接 激光焊接时应选择合适的焊接波形，常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等，通常一个脉冲波时间以毫秒为单位，在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。铝合金表面对光的反射率太高，

当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60%-98%的激光能量因反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。 因此一般焊接铝合金时最优选择尖形波（见图 1 ）和双峰波，波形上升阶段是为提供较大的能量使铝合金熔化，一旦工件中“小孔”形成，开始进行深熔焊时，金属熔化后液态金属对激光的吸收率迅速增大，此时应迅速减小激光能量，以小功率进行焊接，以免造成飞溅。此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长，能够有效地减少气孔和裂纹的产生。采用此波形，使焊缝熔化凝固重复进行，以降低熔池的凝固速度。此波形在焊接种类不同样品时可做适当调整。 选择合适的离焦量也可减少气孔的产生，离焦量的变化对焊缝的表面成形和熔深均有很大的影响，采用负离焦可以增加熔深，而脉冲焊接时，正离焦会使焊缝表面更加平滑美观。 由于铝合金对激光的反射率较高，为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜，焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大，当激光倾斜角度为40°时，获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小，当大于60°时，其有效焊接熔深降为零。

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数(精)

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。 2.3.受激吸收 受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的，受激辐射是相干的。 由受激辐射和自发辐射的相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度，使相干

动力电池激光焊接模式分析

动力电池激光焊接模式分析 1引言 动力电池是新能源汽车的核心零部件，直接决 定整车性能，其生产流程可分为前端、中端和后端 设备，设备的精度和自动化水平将直接影响到电池 的生产效率和一致性。2015年动力电池的扩产直 接拉动了设备需求，而作为新一代动力电池生产装 备，激光焊接已拓展至自动化产线的全工艺应用， 本文针对激光焊接在动力电池行业中的应用情况， 结合激光焊接工艺分析了铝合金的焊接难点以及焊 接模式对焊接质量的影响，阐述了激光焊接的特点，讨论了方形动力电池激光焊接时存在的问题和解决 措施。 2激光焊接工艺 动力电池制造过程焊接方法与工艺的合理选 用，将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池 的一致性。在众多焊接方式中，激光焊接其独特的 优势在很多领域已得到广泛应用，其特点有如下几 点：首先，节能环保，且热影响区金相变化范围小， 不易变形。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之距离，可在工件周围 的夹具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述 的空间限制而无法发挥。其次，工件可放置在封闭 的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。激 光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近 的部件，可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种 异质材料。另外，易于实现自动化进行高速焊接， 可以数位或电脑控制。焊接薄材或细径线材时，不 会像电弧焊接般易有回熔的困扰。 电池通常都包含许多种材料，比如锌、钢、铝、铜、钛、镍等，这些金属可能被制成电极、导线， 或仅仅是外壳。用于动力电池的电芯由于遵循“轻 便”的原则，通常会采用较“轻”的铝材质外，还需要做得更“薄”，一般壳、盖、底基本都要求达 到1.0 mm以下，主流厂家目前基本材料厚度均在 0.8 mm左右。电池焊接的好坏其导电性、强度、 气密性、金属疲劳和耐腐蚀性能是典型的焊接质量 评价标准。 3工艺难点 目前，铝合金材料的电池壳占整个动力电池的 90%以上。其焊接的难点在于铝合金对激光的反 射率极高,焊接过程中气孔敏感性高,焊接时不可避免地会出现一些问题缺陷，其中最主要的是气孔 和热裂纹。铝合金的激光焊接过程中容易产生气孔， 主要有两类：氢气孔和匙孔破灭产生的气孔。由于 激光焊接的冷却速度太快，氢气孔问题更加严重， 并且在激光焊接中还多了一类由于小孔的塌陷而产 生的孔洞。 热裂纹问题。铝合金属于典型的共晶型合金，焊接时容易出现热裂纹，包括焊缝结晶裂纹和 HAZ液化裂纹，由于焊缝区成分偏析会发生共晶 偏析而出现晶界熔化，在应力作用下会在晶界处形 成液化裂纹，降低焊接接头的性能。 炸火（也称飞溅）问题。引起炸火的因素很多，如材料的清洁度、材料本身的纯度、材料自身的特 性等，而起决定性作用的则是激光器的稳定性。 壳体表面凸起、气孔、内部气泡。究其原因， 主要是光纤芯径过小或者激光能量设置过高所致。 并不是一些激光设备提供商宣传的“光束质量越好，焊接效果越优秀”，好的光束质量适合于熔深较大 的叠加焊接。寻找合适的工艺参数才是解决问题的 致胜法宝。 4焊接模式选择 4.1 脉冲模式焊接 ■冉昌林杨毛三武汉逸飞激光设备有限公司 39

激光焊接的未来与前景

激光焊接的未来与前景 激光焊接前景 摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。 关键词：焊接技术关键制造工艺激光焊接产业化 焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m 高5．4m 重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m 长62m 厚337mm 重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。 但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。

激光焊接分析

一、原理 原理分类： 热传导型焊接：功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；热传导型激光焊接，需控制激光功率和功率密度，金属吸收光能后，不产生非线性效应和小孔效应。激光直接穿透深度只在微米量级，金属内部升温靠热传导方式进行。 激光深熔焊接：功率密度大于105~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“小孔”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 1.透射或反射镜聚焦后可获得直径小于0.01mm、功率密度高达106~l012W/cm2的能束。 2.微观上是一个量子过程，宏观上则表现为反射、吸收、加热、熔化和汽化等现象。激光焊时,激光照射到被焊接件的表面，与其发生作用，一部分被反射，另一部分进入焊件内部。 3.加热：光子的能量→晶格的热振动能，温度升高，达到2500℃。 熔化和汽化：当功率密度大于106W/cm2时，被焊材料会产生急剧的蒸发。被焊材料蒸发，

①光束焦斑 ②透镜焦距，最短焦深多为焦距126mm； ③焦点位置，通常焦点的位置设置在工件表面之下大约所需熔深的1/4处。 2.材料吸收值 （1）材料的电阻系数，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化； （2）材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响； 3.焊接速度 提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。（需要一个速度范围） 4.保护气体 （1）使工件在焊接过程中免受氧化；

（2）保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射； （3）驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽； 等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。吹气方法学问大啊！ 5.焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制。 起始和终止端产生凹坑，为了防止这个现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率用电子学方法在一个短时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。 6.焊缝形状 （1）直线型 （2）正弦型 （3）摇摆型：稳定性高±15% 7.焊缝长度

焊接技术及自动化毕业设计---ZG270-500焊接性及裂纹修补

专科生毕业设计 题目：ZG270-500焊接性及裂纹修补专业年级： 08级焊接技术及自动化 完成时间：2011年5月25日

专科生毕业设计（论文）任务书

ZG270-500的焊接性及焊缝裂纹修补 摘要 ZG270-500的碳当量约为0.45%，从碳当量上看焊接性尚可。但由于其制作是通过铸造而来，其显微组织和性能有别于普通的碳素结构钢，铸锭的组织中存在裂纹、偏析等缺陷，使焊接过程比普通碳钢复杂一些，尤其是焊接裂纹和偏析在焊缝及热影响区中极易出现。本文针对ZG270-500焊接时长出现的缺陷，从其成分和显微组织进行分析，最后总结出一套完整的焊接参数和焊接工艺。另外真对已出现的裂纹根据前面焊接性的分析，整理出一套裂纹的修补工艺提。 关键词ZG270-500；焊接性；裂纹补焊

目录 摘要...... .................................................................................................... I 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景 (1) 第2章ZG270-500的焊接性分析 (2) 2.1 ZG270-500成分与焊接性 (2) 2.1.1 ZG270-500和ZG275-485H的成分 (2) 2.1.2 ZG270-500、ZG275-485H及Q345的力学性能 (2) 2.1.3 ZG270-500焊接性分析 (2) 2.2 ZG270-500的组织与焊接性 (3) 2.2.1 铸锭的组织 (3) 2.2.2 ZG270-500的焊接性分析 (4) 第3章ZG270-500焊接接头的组成及缺陷 (5) 3.1 焊接接头的组成 (5) 3.2 ZG270-500的熔合区 (5) 3.3 ZG270-500的热影响区 (5) 3.4 焊接接头的常见裂纹 (6) 3.4.1 焊接热裂纹 (6) 3.4.2 焊接冷裂纹 (6) 第4章ZG270-500的焊接工艺 (7) 4.1 焊接方法的选择 (7) 4.2 焊接材料的选择及保存 (7) 4.3 焊接参数的选择 (7) 4.4 坡口清理 (8) 4.5 焊前预热 (8) 4.6 层间温度 (8) 4.7 焊接操作注意事项 (9) 4.8 焊后热处理 (9) 第5章ZG270-500焊接接头裂纹的修补 (10) 5.1 裂纹的确认 (10) 5.2 裂纹的清除 (10) 5.3 坡口的清理 (10) 5.4 焊接方法及焊接材料的选择 (10) 5.5 焊接操作 (11) 5.6 焊后热处理 (12)

铝合金激光焊接技术

一、铝合金激光焊接的发展 铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。 不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公 司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为激光焊接具有其独特的优点： (1) 能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝。 (2) 冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。 (3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。 (4)可进行微型焊接或实现远距离传输，不需要真空装置，利于大批量自动 化生产。 二、激光焊接铝合金的难点及解决措施 1.铝合金表面的高反射性和高导热性 这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在密度很大的自由电子，自由电子受到激光（强烈的电磁波）强迫震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波和较弱的透射波，因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小

激光焊接方式的分类

激光焊接方式的分类 激光焊接工艺方法不同可进行如下分类： 1、片与片间的焊接。 包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。 对焊要求对缝质量较高，一般采用自动化焊接或手动焊接。 参考机型： →激光通用焊接机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W200、AHL-W400 →光纤传输激光焊接机：AHL-FW200、AHL-FW400 2、丝与丝的焊接。 包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等4种工艺方法。 对这种焊接一般不适合自动焊接，采用手动焊接或半自动焊接。 参考机型： →激光通用焊接机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W200、AHL-W400 →光纤传输激光焊接机：AHL-FW200、AHL-FW400 →激光点焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W75、AHL-W90 →激光模具烧焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W120II、AHL-W180III、AHL-W180IV 3、金属丝与块状元件的焊接。采用激光焊接可以成功的实现金属丝与块状元件的连接，块状元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。 参考机型： →激光点焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W75、AHL-W90 →激光模具烧焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W120II、AHL-W180III、AHL-W180IV 4、不同块的组焊及密封焊。在组件物体上缝上进行密封焊接及组焊，如传感器等 参考机型： →激光通用焊接机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W200、AHL-W400 →光纤传输激光焊接机：AHL-FW200、AHL-FW400 →激光模具烧焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W180III、AHL-W180IV 5、块状物件补焊。采用激光将激光焊丝熔化沉积到基材上。一般适合模具等产品修补。参考机型： →激光模具烧焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W180III、AHL-W180IV →激光点焊机（氙灯泵浦Nd:YAG激光器）：AHL-W75、AHL-W90 激光焊接的工艺参数。 1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，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。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/CM2。 2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离做文章一，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。 离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更

激光焊接的工艺参数及特性分析讲解

激光焊接的工艺参数及特性分析 一、激光焊接的工艺参数：1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，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。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接 一、激光焊接的工艺参数： 1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，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。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。 2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离焦，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。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。 二、激光焊接工艺方法： 1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数

激光焊接的工作原理及其主要工艺参数摘要：焊接技术主要应用在金属母材热加工上，常用的有电弧焊，电阻焊，钎焊， 电子束焊，激光焊等多种，本文详细介绍了激光焊接的工作原理与工艺参数，还讨论了激光焊接技术在现代工业中的应用，并与其他焊接方法进行对比。研究表明激光焊接技术将逐步得到广泛应用。 关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。 1. 引言 目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。 激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。 2. 激光焊接原理 2.1激光产生的基本原理和方法 光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差△E，频率为ν=△E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。 2.1.自发辐射 处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。 2.2.受激辐射 除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，

激光焊接焊缝跟踪

应用背景 与传统焊接技术相比，激光焊接在焊接质量和效率等各方面都具有明显优势。由于激光束的光斑直径较小，使得激光束准确对中焊缝成为实现高质量焊接的前提。因此，准确跟踪焊缝是激光焊接的关键所在。机器视觉检测是焊缝跟踪的主要方法之一，通过高速视觉传感器拍摄动态熔池图像序列，获取熔池特征参数，分析焊缝路径偏差与熔池特征参数之间的内在规律，建立焊缝路径与激光束偏差实时测量的视觉模型。然后输出调整量给机器人控制器,控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 应用优势 1、拍摄过程缓慢，可以获取高度清晰的熔池特征参数； 2、可以控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 拍摄效果 科天健已有多款高速相机用于焊缝跟踪项目应用中中，下面介绍两款常用高速相机。。

1、德国Optronis的CP80-4-M-500，该相机为Coaxpress接口，全分辨率为1696X1710下可达500fps，开窗分辨率为512X512时可达5000fps，它的这些特点可使拍摄画面更清晰，拍摄过程更缓慢。 图一CP80-4-M-500在5000fps@512X512下的拍摄效果 2、瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160，该相机采用Photonfocus的LINLOG技术，动态范围高达120dB；在全分辨率1024*1024分辨率下可达150帧/秒；开窗分辨率256*256时，帧率达到2241帧/秒。在Linlog功能下能有效抑制强等离子干扰，在焊机电压、电流较小时可直接用相机拍摄，无需光学辅助系统即可得到对比度较好的图像，借助光学辅助手段可得到高清晰的、细节清晰的图像。 图二MV-D1024E-160相机的拍摄效果

焊接裂纹的分析与处理

焊接裂纹的分析与处理 我们在厂修车体、车架、转向架构架时经常会遇到焊缝或母材的裂纹。我们已经讲过裂纹的判断，判断出裂纹以后就需要对裂纹进行处理。如果我们在处理之前对裂纹没有一个准确的分析，就不可能制定出最佳的处理方案。因此必须要对裂纹进行认真的分折。 根据焊接生产中采用的钢材和结构类型不同，可能遇到各种裂纹，裂纹多产生在焊缝上，如焊缝上的纵向裂，焊缝上的横向裂。也可以产生在焊缝两侧的热影响区，焊缝热影响区的纵向裂，焊接影响的横向裂纹，焊接热影响区的焊缝贯穿裂纹，有时产生在金属表面，有时产生在金属内部，如焊缝根部裂、焊趾裂，有的裂纹用肉眼可以看到，有的则必须借助显微镜才能发现，有的裂纹焊后立即出现，有的则是放置或运行一段时间之后才出现。 1.焊缝裂纹的分类 根据裂纹的本质和特征，可分为五种类型：即热裂纹、冷裂纹、再热裂纹、层状撕裂及应力腐蚀裂纹。 1.1热裂纹 热裂纹是在高温情况下产生的，而且是沿奥氏体晶界开裂，就目前的理解，把裂纹又分为结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹三类。（1）结晶裂纹—结晶裂纹的形成期，是在焊缝结晶过程中且温度处在固相线附近的高温阶段，即处于焊缝金属的凝固末期固液共存阶段，由于凝固金属收缩时残存液相不足，致使沿晶开裂，故称结晶裂

纹，由于这种裂纹是在焊缝金属凝固过程中产生的，所以也称为凝固裂纹。 结晶裂纹的特征：存在的部位主要在焊缝上，也有少量的在热影响区，最常见的是沿焊缝中心长度方向上开裂，即纵向裂，断口有较明显的氧化色，表面无光泽，也是结晶裂纹在高温下形成的一个特征。（2）液化裂纹—焊接过程中，在焊接热循环峰值温度作用下，在多层焊缝的层间金属以及母材近缝区金属中，由于晶间层金属被重新熔化，在一定的收缩应力的作用下，沿奥氏体晶界产生的开裂，称为“液化裂纹”也称“热撕裂”。 液化裂的特征： ①易产生在母材近缝区中紧靠熔合线的地方（部分溶化区），或多层焊缝的层间金属中。 ②裂纹的走向，在母材近缝区中，裂纹沿过热奥氏体晶间发展；在多层焊缝金属中，裂纹沿原始柱状晶界发展，裂纹的扩展方向，视应力的最大方向而定，可以是横向或纵向；并在多层焊焊缝金属中，液化裂纹可以贯穿层间；在近缝区中的液化裂纹可以穿越熔合线进入焊缝金属中。 从被焊的材料上看，液化裂纹主要发生在含有铬、镍的高强度钢、奥氏体钢以及某些镍基合金等材料中。 （3）多边化裂纹--焊接时，焊缝或近缝区在固相线以下的高温区间，由于刚凝固的金属存在很多晶格缺陷(主要是位错和空位)和严重的物理及化学不均匀性，在一定的温度和应力作用下，由于晶格缺陷的

铝合金激光焊接难点及解决对策

铝合金激光焊接难点及解决对策 一、概述 铝合金具有高比强度、高比模具和高疲劳强度以及良好的断裂韧性和较低的裂纹扩展率，同时还具有优良的成形工艺性和良好的抗腐蚀性。因此，广泛应用于各种焊接结构和产品中。 传统的铝合金焊接一般采用TIG焊或MIG焊工艺，但所面临的主要问题是焊接过程中较大的热输入使铝合金变形大，焊接速度慢，生产效率低。由于焊接变形大，随后的矫正工作往往浪费大量的时间，增加了制造成本，影响了生产效率和生产质量，而激光焊接具有功率密度高、焊接热输入低、焊接热影响区小和焊接变形小等特点，使其在铝合金焊接领域受到格外的重视。 铝合金激光焊接的主要难点在于： 1、铝合金对激光束的高初始反射率及其本身的高导热性，使铝合金在未熔化前对激光的吸收率低，“小孔”的诱导比较困难。 2、铝的电离能低，焊接过程中光致等离子体易于过程和扩散，使得焊接稳定性差。 3、铝合金激光焊接过程中容易产生气孔和热裂纹。 4、焊接过程中合金元素的烧损，使铝合金焊接接头的力学性能下降。 二、铝合金激光焊接的问题和对策 1、铝合金对激光的吸收率问题 材料对激光的吸收率由下式决定 ε=0.365{ρ[1+β(т-20)]/λ}1/2 式中ρ—铝合金20度的直流电阻率，Ω.M β—电阻温度系数，℃-1 т—温度，℃ λ—激光束的波长 对于铝合金来说，吸收率是温度的函数，在铝合金表面熔化、汽化前。由于铝合金对激光的高反射，吸收率将随温度的升高而缓慢增加，一旦铝合金表面熔化、汽化，对激光的吸收率就会迅速增加。为提高铝合金对激光的吸收，可以采用以下方法： ü采取适当的表面预处理工艺表1所示为铝在原始表面（铣、车加工后）、电解抛光、喷砂（300目砂子）及阳极氧化（氧化层厚度u m级）4种表面状态下对入射光束能量的吸收情况。由此可见，阳极氧化和喷砂处理可以显著提高铝对激光束的能量吸收。另外，砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层及空气炉中氧化等表面预处理措施对激光束的吸收是有效的。 ü激光器参数调整选用短焦距透镜和低阶模输出均可使光斑尺寸减小，激光功率密度增大，铝合金对激光束的吸收率也增加。 ü焊接结构设计将工件坡口设计成斜30℃角，这样激光束能在空隙中多次反射，形成一个人工小孔，从而增加激光束的吸收率。 表1 铝表面状态对CO2激光束吸收率的影响

手持激光焊接行业分析

手持焊接行业分析 2018年下半年以来，手持式的激光焊接逐渐受到欢迎，并且成为了今年上半年激光焊接市场的一个亮点，2019年工博会上各家激光设备也纷纷展出了手持激光焊接设备。以目前手持激光焊的技术水平和应用场景，最有可能替代的正是TIG焊机(氩弧焊机)市场。氩弧焊机单台价值量仅2000元，而手持激光焊设备单台价值量高达12万元。 综合考虑效率提升、单台价格等因素，若每年有10%的氩弧焊机被手持激光焊设备替代，则年均手持激光焊需求量约为40000台，市场规模高达48亿元。 焊接速度快，比传统焊接快2-10倍，一台机器一年至少可以省2个焊工。 焊接可以分为熔化焊、压力焊及钎焊。熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不用加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。激光焊属于熔化焊的一种。 手持激光焊接机一般由激光器(一般配500-1500W光纤连续激光器)、冷水机组、控制软件、激光焊接头、光纤等部件组成。配套1000W激光器的焊接设备价格在10万元左右，配套1500W激光器的焊接设备价格在13万元左右。

手持激光焊发展时间尚短，应用的领域集中在钣金、机箱、水箱、配电箱等机柜、橱柜厨卫、不锈钢门窗护栏等复杂不规则、不需要夹具的焊接工序，在这些应用场景中取代了传统氩弧焊、电焊在薄不锈钢板、铁板、铝板等金属材料方面的焊接。未来，激光手持焊设备形成标准后，可应用于轨道交通、航空航天、汽车制造等支柱行业。 设备市场空间巨大，带动中低功率光纤激光器需求 据中国电器工业协会电焊机分会年度报告数据，2018年各类电焊机总销量(56家协会成员企业)374万台，其中直流手工弧焊机占比49.4%， MIG/MAG熔化极气体保护弧焊机占比23.7%，TIG焊机(氩弧焊机)占比10.2%，交流弧焊机占比6.3%。主流焊机中，直流焊机主要用在制造压力容器锅炉、管道等。交流焊机主要用于针对钢板的电焊作业。 埋弧焊主要的焊接物体是大梁、桥梁等其他钢结构件这类比较厚的钢体材料。气体保护焊，包括二氧化碳保护焊和氩弧焊，对有色金属以及对2MM以下的薄板进行焊接。从设备特性和下游应用来看，手持激光焊主要替代的是氩弧焊的市场。 据中国电器工业协会电焊机分会年度报告数据，2018年TIG焊机(氩弧焊机)总销量38.22万台，同比下降7.1%，价值量7.6亿元，同比下降

焊接裂纹的产生及防止措施

焊接裂纹与防止措施 填角焊接作业时常会出现部份焊道龟裂的情形，要如何预防与降低填角焊道龟裂的发生率? 近年来随着机械、能源、交通、石油化工等工业发展，各种焊接结构也不断朝向功能性与大型化发展，部分焊接结构还需要在高温、深冷以及强腐蚀介质等恶劣的环境下工作，因此各种高强度钢、高合金钢及特种合金的应用也日益增多，然而这些材料往往都比较容易产生各种焊接裂缝。 通常焊接裂纹可能出现在焊道和热影响区的表面，也可能出现在内部。部分焊接裂纹相当微细，不容易以肉眼检查发现，甚至使用放射线检测、超音波检测等方法也常造成漏检。 若要预防与降低焊接裂缝的发生，首先要识别它们的型态、特征与发生原因等，可以有助于焊接工程师找到防止裂纹的适当施工设计方案。以下将按照焊接裂纹的种类与防止措施以及焊接设计详细说明。 焊接裂纹的种类与防止措施 焊接裂纹的种类繁多，产生的机构与敏感条件也各不相同，有些焊接裂纹在焊后会立刻出现，有些则可能在焊后依段时间后才产生，也有些昰在使用过程中，在一定的外界条件诱发下产生。因此，焊接裂纹的复杂性使得焊接裂纹缺陷比其它的焊接缺陷的预防更加困难。 焊接裂纹大多按照裂纹之产生的部位、型态与发生之机制来分类。图1乃常见焊接裂纹的发生部位与型态。表1与表2分别显示一般热裂纹与冷裂纹发生原因与防止措施。当我们足够清楚掌握各种焊接裂纹的基本知识之后，我们不难发现，焊接裂缝缺陷是可以透过充分的焊接设计与施工来预防的。例如，主要构材之焊道起点与终点应焊上与母材同样材质之导焊板，再予焊接即可防止焊接缺陷发生，最后再将首尾之导焊板予以切除并磨平，而溢焊部位则视需要予以磨平以免应力集中。其避免或减低之改善措施与方法包括了彻底依照标准与规格要求来施工，以及焊后可由目视、使用焊道规或认可之样本比较等方法测出，再来补强与修正。 图1常见裂纹的发生部位与型态

激光焊接工艺详解

激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展，近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢？激光焊接的特点与优点又有哪些呢？ 下图是激光焊接的工作原理： 首先，什么是激光？世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦，但仍属于低能量输出. 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，假如焦点靠近工件，工件就会在几毫秒内熔化和蒸发，这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG 激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省往复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生均匀为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远间隔焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

激光焊接两种异常现象的分析

激光焊接两种异常现象的分析 提要：研究了在激光焊接中出现的两种异常现象，即焊缝的缩颈和表面凸起现象。结果表明：焊缝截面的缩颈是因激光束的偏振、小孔壁聚焦、小孔内高压金属蒸气的 动态行为引起的；表面凸起是因组织的变化、熔池熔体的流动、热膨胀及热应力引起的。 关键词：激光焊接异常现象焊缝成型 1 引言 激光焊接采用高能束的激光作为热源，与传统焊接方法相比具有速度快、组织细腻、热影响区小、成型好等特点。但在激光焊接中，经常会出现两种异常现象，即焊缝截面的缩颈和表面凸起，如图1所示。焊缝截面的缩颈是指在激光焊缝截面上，在熔深的中段焊缝呈现收缩特征，出现焊缝的上下两端宽、中间窄的现象。在激光焊接中一般并不添加焊丝等填充材料，但在焊接后焊缝表面常出现凸起，这往往影响了激光焊接的表面光洁度。对此现象很多激光焊接工作者都没有给予应有的重视。在实际某些应用中，如汽车蒙皮、汽车底盘钢板对焊后表面质量要求很高，不允许有任何不平。在一些精密零件的激光焊接也对此有着严格要求， 任何表面的不平整都可能造成功能失效或者对使用有严重影响。因此探索这两种现象的形成机理，对于控制焊缝的成型、提高焊缝质量是很重要的。本文通过多角度、多侧面的分析，对其进行了具体的解释。 2 理论分析 2．1 焊缝截面的缩颈现象 激光焊缝截面的缩颈现象，与激光焊接的特性是分不开的。经大量的研究和试验，分析认为缩颈现象这个特征的形成是由于下列因素所造成的。 ①激光束的偏振 激光是一种电磁波，具有偏振性。高功率CO2激光器输出的是偏振面不固定的线偏振光。 工件金属表面对入射光中S成分的反射率Rs与P成分的反射率Rp不同。由于高功率激光焊接时，产生深的小孔，并且激光沿焊缝移动，造成小孔前侧壁的倾斜，其斜面的法向与激光束的中心线成θ角，θ一般在75°～85°之间。在这种入射角很大的情况下，偏振面与入射面平行的P光和垂直的S光反射系数相差很大。S光几乎全部被反射，Rs接近于1.0，而P光则大部分被吸收，反射率只有0.3～0.4，如图2所示。