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1、激光焊接激光焊接 讨论：对于塑料零件讨论：对于塑料零件可以采用什么方法进可以采用什么方法进行焊接？行焊接？1 1）通过外加热源方）通过外加热源方式软化的焊接技术式软化的焊接技术2 2）通过机械运动方）通过机械运动方式软化的焊接技术式软化的焊接技术 练习练习图示中上层为透明是塑料，下层为黑色金属，图示中上层为透明是塑料，下层为黑色金属，中间要焊接，可以采用什么方法？中间要焊接，可以采用什么方法？A.A.焊条电弧焊焊条电弧焊B.B.钨极氩弧焊钨极氩弧焊答案：答案：C CC.C.激光焊激光焊E.STTE.STT焊接焊接练习练习D.MIGD.MIG焊焊3.激光焊接的特点激光焊接的特点1.激光的原理激光

2、的原理2.激光焊接的原理激光焊接的原理4.激光焊接的应用激光焊接的应用主要内容主要内容5.激光器激光器8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势主要内容主要内容6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数7.不同材料的激光焊接特性不同材料的激光焊接特性.激光的安全和防护激光的安全和防护LASERLightAmplificationStimulatedEmissionRadiation（1 1）激光概念）激光概念1.激光的原理激光的原理Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation通过诱导放出，通过诱导放出，实

3、现光能增幅实现光能增幅1.激光的原理激光的原理通过通过强光照射激光发生介质，使介质内部强光照射激光发生介质，使介质内部原子原子的的电子获得能量，受激而使电子运动轨道电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生发生迁移迁移，由低能态变为高能态。，由低能态变为高能态。（2 2）激光的产生）激光的产生1 1）电子的跃迁）电子的跃迁1.激光的原理激光的原理（2 2）激光的产生）激光的产生2 2）光的激发）光的激发处于激发态的原子，受外界辐射感应，原子跃处于激发态的原子，受外界辐射感应，原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光

4、完全相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。一致，此时的光为受激辐射光。1.激光的原理激光的原理激光具有什么特性？激光具有什么特性？A.A.方向性方向性B.B.相干性相干性答案：答案：ABDEABDEC.C.照射远照射远E.E.单色性单色性练习练习D.D.高亮度高亮度F.F.波长宽波长宽G.G.颜色鲜艳颜色鲜艳（3 3）激光技术发展简史）激光技术发展简史19611961年德诺凡（俄）第一台气体激光器（年德诺凡（俄）第一台气体激光器（He-NeHe-Ne）19621962年第一台半导体激光器年第一台半导体激光器19641964年帕特尔（年帕特尔（C.PatelC.Pat

5、el）第一台）第一台COCO2 2激光器激光器1971-19801971-1980开展开展激光切割、焊接、表面处理技术激光切割、焊接、表面处理技术19711971年贝尔实验室年贝尔实验室 第一第一YAGYAG激光器激光器19651965年帕特尔（年帕特尔（C.PatelC.Patel）第一台）第一台COCO2 2激光器激光器1.激光的原理激光的原理（4 4）激光技术应用）激光技术应用1 1）激光切割）激光切割灵活性好灵活性好精度高精度高速度快速度快无接触式加工无接触式加工1.激光的原理激光的原理激光可以切割什么材料？激光可以切割什么材料？A.A.钢钢B.B.有色金属有色金属答案：答案：ABCD

6、EFABCDEFC.C.木板木板E.E.塑料塑料练习练习D.D.纸张纸张F.F.玻璃玻璃2 2）激光焊接）激光焊接易于实现自动化易于实现自动化热影响区小热影响区小速度快速度快强度高强度高（4 4）激光技术应用）激光技术应用1.激光的原理激光的原理激光可以焊接什么材料？激光可以焊接什么材料？A.A.钢钢B.B.有色金属有色金属答案：答案：ABEABEC.C.木板木板E.E.塑料塑料练习练习D.D.纸张纸张F.F.玻璃玻璃2 2）激光打标）激光打标无接触式加工无接触式加工易于编程控制易于编程控制灵活性好灵活性好速度快速度快（4 4）激光技术应用）激光技术应用1.激光的原理激光的原理激光可以打标什么

7、材料？激光可以打标什么材料？A.A.钢钢B.B.有色金属有色金属答案：答案：ABCDEFABCDEFC.C.木板木板E.E.塑料塑料练习练习D.D.纸张纸张F.F.玻璃玻璃（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点1 1）自动化程度高）自动化程度高无接触式加工，易于无接触式加工，易于实现自动化并实施控实现自动化并实施控制，易于集成制，易于集成1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点1 1）自动化程度高）自动化程度高革新的传感与加工控革新的传感与加工控制技术，使得系统正制技术，使得系统正常运转的时间最大化常运转的时间最大化1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技

8、术特点）激光加工技术特点1 1）自动化程度高）自动化程度高采用标准化的、现代采用标准化的、现代化的人机界面，激光化的人机界面，激光器能够非常容易地集器能够非常容易地集成到现有生产系统中成到现有生产系统中1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点2 2）高度的灵活性）高度的灵活性由于加工参数易于调由于加工参数易于调整与调用，不同厚度整与调用，不同厚度的不同材料的加工切的不同材料的加工切换无需明显的时滞换无需明显的时滞1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点2 2）高度的灵活性）高度的灵活性VolvoVolvo车身采用的固体车身采用的固体激光器

9、实现焊接与切激光器实现焊接与切割的自动切换割的自动切换1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点2 2）高度的灵活性）高度的灵活性计算机程序的简单改计算机程序的简单改变，甚至只使用一个变，甚至只使用一个键盘，就可以改变加键盘，就可以改变加工工1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点3 3）加工精度高）加工精度高从半导体电子产品到从半导体电子产品到医疗器械，工件越小，医疗器械，工件越小，激光的优势越明显激光的优势越明显1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点3 3）加工精度高）加工精度高由于极低的热输入，集由于极低

10、的热输入，集成电路可实现针对针成电路可实现针对针（pin-to-pinpin-to-pin）的焊接）的焊接1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点3 3）加工精度高）加工精度高热敏性极强的电池壳体热敏性极强的电池壳体采用激光焊接无任何扭采用激光焊接无任何扭曲变形曲变形1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点4 4）生产率高）生产率高精密电子精密电子产品在不足产品在不足1s1s内内即可完成标记即可完成标记1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点4 4）生产率高）生产率高采用采用COCO2 2激光器用激光器用于玻璃

11、的精确切于玻璃的精确切边，极大降低边，极大降低残损率残损率1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点5 5）革新传统加工方法）革新传统加工方法远程焊接，激光叠远程焊接，激光叠焊，可在更短的周焊，可在更短的周期内实现各种轮廓期内实现各种轮廓线的焊接线的焊接1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点5 5）革新传统加工方法）革新传统加工方法激光用于食品包激光用于食品包装，实现易撕口装，实现易撕口包装以及延长食包装以及延长食物保鲜期的通风物保鲜期的通风孔孔1.激光的原理激光的原理（5 5）激光加工技术特点）激光加工技术特点5 5）革新传统加工方法）

12、革新传统加工方法清洁火车铁轨，采清洁火车铁轨，采用激光可以快速清用激光可以快速清除树叶及其他污染除树叶及其他污染物，解决安全问题物，解决安全问题隐患隐患1.激光的原理激光的原理（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激光测量计算仪激光位移传感器激光测量激光测量（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光通信光通信（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光医疗光医疗（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光照排光照排Linden 460A型激光照排机网印1200型激光照排机（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光

13、的原理激激光打印光打印激光打印机原理（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光武器光武器美国激光武器激光枪美研制的100千瓦级固态激光武器美国空军“空中激光”（ABL）（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光制导光制导雷霆3型激光制导炸弹导引头（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光加工光加工激光打标激光切割激光雕刻（6 6）激光的应用）激光的应用1.激光的原理激光的原理激激光焊接光焊接激光束激光束2.激光焊接的原理激光焊接的原理 同轴工作气体同轴工作气体横向喷嘴横向喷嘴焊缝焊缝保护气体保护气体水蒸汽通道水蒸汽通道焊丝焊丝聚焦镜聚

14、焦镜焊接方向焊接方向焊件焊件(1)激光焊接构成激光焊接构成(2)熔池断面熔池断面等离子云等离子云熔化物熔化物钥匙孔钥匙孔熔深熔深2.激光焊接的原理激光焊接的原理 熔池断面含有哪几部分熔池断面含有哪几部分?练习练习A.A.等离子云等离子云B.B.渣池渣池C.C.钥匙孔钥匙孔D.D.熔池深度熔池深度E.E.热影响区热影响区F.F.熔融物熔融物答案：答案：ACDFACDF2.激光焊接的原理激光焊接的原理(3)热传导型热传导型激光束激光束熔化的熔化的金属金属焊件焊件焊接方向焊接方向熔池熔池2.激光焊接的原理激光焊接的原理(3)热传导型热传导型2.激光焊接的原理激光焊接的原理 激光光斑功率密度小于激光光

15、斑功率密度小于105 W/cm2焊接机理焊接机理焊接时，金属材料表面将所吸收的激光能焊接时，金属材料表面将所吸收的激光能转变为热能，使金属表面温度升高而熔化，转变为热能，使金属表面温度升高而熔化，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，然后通过热传导方式把热能传向金属内部，使熔化区逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊使熔化区逐渐扩大，凝固后形成焊点或焊缝，其熔深轮廓近似为半球形。缝，其熔深轮廓近似为半球形。(3)热传导型热传导型2.激光焊接的原理激光焊接的原理 特点：特点：1）熔深浅、轮廓）熔深浅、轮廓近似球形近似球形2）激光大部分被）激光大部分被反射、吸收小反射、吸收小3）薄小零件的焊）薄小零件的焊接

16、接4）焊接速度慢）焊接速度慢典型热传导焊缝典型热传导焊缝(4)深熔焊深熔焊2.激光焊接的原理激光焊接的原理 1 激光束激光束2 匙孔匙孔3 液体熔化区液体熔化区2.激光焊接的原理激光焊接的原理(4)深熔焊深熔焊激光光斑功率激光光斑功率密度大于密度大于106 W/cm22.激光焊接的原理激光焊接的原理(4)深熔焊深熔焊2.激光焊接的原理激光焊接的原理(4)深熔焊深熔焊金属表面在激光束的照射下被迅速加热，其表金属表面在激光束的照射下被迅速加热，其表面温度在极短的时间内（面温度在极短的时间内（10-810-6s）升高到）升高到沸点，使金属熔化和气化。产生的金属蒸汽以沸点，使金属熔化和气化。产生的金属

17、蒸汽以一定的速度离开熔池，逸出的蒸汽对熔化的液一定的速度离开熔池，逸出的蒸汽对熔化的液态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面下态金属产生一个附加压力，使熔池金属表面下凹陷，在激光光斑下产生一个小凹坑。凹陷，在激光光斑下产生一个小凹坑。2.激光焊接的原理激光焊接的原理(4)深熔焊深熔焊当光束在小孔底部继续加热时，所产生的金属当光束在小孔底部继续加热时，所产生的金属蒸汽一方面压迫坑底的液态金属使小坑进一步蒸汽一方面压迫坑底的液态金属使小坑进一步加深。另一方面，向坑外飞出的蒸汽将熔化的加深。另一方面，向坑外飞出的蒸汽将熔化的金属挤向熔池四周，此过程连续进行下去，便金属挤向熔池四周，此过程连续进行下去

18、，便在液态金属中形成一个细长的孔洞。当光束能在液态金属中形成一个细长的孔洞。当光束能量所产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属的量所产生的金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，表面张力和重力平衡后，小孔不再继续加深，形成一个深度稳定的孔而进行焊接。形成一个深度稳定的孔而进行焊接。焊接机理焊接机理2.激光焊接的原理激光焊接的原理(4)深熔焊深熔焊1）激光通过小孔直接深入材料内部）激光通过小孔直接深入材料内部2）壁聚焦效应）壁聚焦效应3）小孔运动形成焊缝）小孔运动形成焊缝4）小孔的尺寸决定焊缝形貌）小孔的尺寸决定焊缝形貌5）小孔的稳定性直接决定熔池与焊接过）小孔的稳定性

19、直接决定熔池与焊接过程的稳定性程的稳定性2.激光焊接的原理激光焊接的原理 激光加工一般利用激光的（激光加工一般利用激光的（）特点？）特点？A.A.高亮度高亮度B.B.热效应热效应答案：答案：B BC.C.相干性相干性练习练习D.D.高方向性高方向性2.激光焊接的原理激光焊接的原理 下面选项中哪种焊接方法是不受使用条件下面选项中哪种焊接方法是不受使用条件限制的？限制的？A.A.等离子束焊等离子束焊B.B.电子束焊电子束焊答案：答案：D DC.C.氩弧焊氩弧焊练习练习D.D.激光焊激光焊3.激光焊接的特点激光焊接的特点(1)加热速度快，热影响区小，焊接应力和变形加热速度快，热影响区小，焊接应力和变

20、形小。小。(2)激光焊接可以进行远距离或一些难以接近的激光焊接可以进行远距离或一些难以接近的部位的焊接。部位的焊接。(3)激光焊接可以焊接很多种材料。如陶瓷，有激光焊接可以焊接很多种材料。如陶瓷，有机玻璃，高熔点金属等机玻璃，高熔点金属等关于激光焊接的特点哪些是不正确的？关于激光焊接的特点哪些是不正确的？A.A.加热速度快加热速度快B.B.热影响区小热影响区小答案：答案：CDCDC.C.焊接应力和变焊接应力和变形比较大形比较大练习练习D.D.可焊接所材可焊接所材料料3.激光焊接的特点激光焊接的特点4.激光焊接的应用激光焊接的应用 用用CO2 激光焊接车架激光焊接车架 (1)用用CO2激光激光焊

21、接齿轮焊接齿轮4.激光焊接的应用激光焊接的应用 用用CO2 激光焊接散热板激光焊接散热板4.激光焊接的应用激光焊接的应用 在空客在空客A380的第的第13和第和第18区域有区域有7个壳个壳体部分采用激体部分采用激光焊接光焊接4.激光焊接的应用激光焊接的应用 激光透射上层激光透射上层部件，被下层部件，被下层部件所吸收的部件所吸收的激光转化为热激光转化为热能，将两个接能，将两个接触面熔化触面熔化4.激光焊接的应用激光焊接的应用 激光焊接应用激光焊接应用于汽车工业的于汽车工业的白车身焊装及白车身焊装及零部件生产中零部件生产中 4.激光焊接的应用激光焊接的应用 激光焊接应用激光焊接应用于汽车车身于汽车

22、车身 4.激光焊接的应用激光焊接的应用 车灯罩激车灯罩激光焊接光焊接 4.激光焊接的应用激光焊接的应用（1）激光器的组成）激光器的组成5.激光器激光器 激励系统、激光活性介质、光学谐振腔激励系统、激光活性介质、光学谐振腔激励系统激励系统产生光能、电能或化学能产生光能、电能或化学能激光活性介质激光活性介质产生激光的物质，如产生激光的物质，如红宝石、鈹玻璃、氖气、二氧化碳、红宝石、鈹玻璃、氖气、二氧化碳、半导体、有机染料等。半导体、有机染料等。（1）激光器的组成）激光器的组成5.激光器激光器 激励系统、激光活性介质、光学谐振腔激励系统、激光活性介质、光学谐振腔光光学学谐谐振振腔腔的的作作用用1）提

23、供正反馈，使光放大能在腔中稳）提供正反馈，使光放大能在腔中稳定的振荡，为产生大量同态受激发射光定的振荡，为产生大量同态受激发射光子提供保证子提供保证2）将腔内的一部分激光耦合输出）将腔内的一部分激光耦合输出3）保证激光的单色性和方向性）保证激光的单色性和方向性激光器由哪几部分组成？激光器由哪几部分组成？5.激光器激光器 练习练习（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 CO2气体激光器、气体激光器、Nd：YAG固体激光器、半固体激光器、半导体激光器等等导体激光器等等（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 COCO2 2激光器激光器1、激光束2、切向吹风机3、气流方向4、热交换

24、器5、后镜带功率监测6、折叠镜7、HF电极8、输出耦合器9、输出窗口（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 COCO2 2激光器激光器（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 COCO2 2激光器激光器1、激光束2、光束成形3、输出耦合4、冷却水(出)5、RF泵浦6、冷却水(进)7、后镜8、放电9、RF电极（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 COCO2 2激光器激光器特点：特点：工作物质均匀性好，易获得衍射极限的高斯光束，方向性工作物质均匀性好，易获得衍射极限的高斯光束，方向性好；好；气体工作物质的谱线宽度比固体小，输出激光的单色性好气体工作物质的谱线宽度比固体

25、小，输出激光的单色性好；激励方式灵活：可用气体放电激励、热激励、化学激励、激励方式灵活：可用气体放电激励、热激励、化学激励、光泵激励、电子束激励等多种方式泵浦；光泵激励、电子束激励等多种方式泵浦；输出激光波长输出激光波长10600nm10600nm，能连续和脉冲输出激光；，能连续和脉冲输出激光；电光转换效率高电光转换效率高(25%)(25%)，输出功率范围大（几瓦几万瓦，输出功率范围大（几瓦几万瓦)，大功率，大功率COCO2 2激光器已成为激光加工中应用最多的激光器。激光器已成为激光加工中应用最多的激光器。L 缺点：缺点：激活离子密度较低，需较大体积工作物质，激光器体积较激活离子密度较低，需较

26、大体积工作物质，激光器体积较庞大；庞大；不易做到大能量脉冲输出（但近年技术上有所突破）不易做到大能量脉冲输出（但近年技术上有所突破）气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦。气体工作物质吸收谱线宽度小，不宜采用光源泵浦。（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 Nd:YAG激光器激光器灯泵浦式（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 Nd:YAG激光器激光器灯泵浦式（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 Nd:YAG激光器激光器特点：特点：波长波长1064nm，是，是CO2激光波长的激光波长的1/10，对聚焦、光纤传输和金属表面吸收有利，与金属对聚焦、光纤传输和金

27、属表面吸收有利，与金属耦合效率高，加工性能良好（同样输出功率的激耦合效率高，加工性能良好（同样输出功率的激光器，光器，YAG激光器的有效功率相当于激光器的有效功率相当于CO2激光器激光器的的3倍倍)；可在连续和脉冲两种状态下工作，脉冲输出可在连续和脉冲两种状态下工作，脉冲输出加调加调Q和锁模技术可得到短脉冲和超短脉冲和锁模技术可得到短脉冲和超短脉冲,峰值峰值功率高功率高,加工范围比加工范围比CO2激光器更大；激光器更大；能与光纤耦合，借助时间分割和功率分割多能与光纤耦合，借助时间分割和功率分割多路系统方便地将一束激光传输给多个工位或远距路系统方便地将一束激光传输给多个工位或远距离工位，便于激光

28、加工实现柔性化；离工位，便于激光加工实现柔性化；激光器结构紧凑，尤其是激光器结构紧凑，尤其是LD泵浦的全固态激泵浦的全固态激光器，寿命长光器，寿命长,使用简便可靠。使用简便可靠。（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 Nd:YAG激光器激光器L缺缺点：点：转换效率仅为百分之几，比转换效率仅为百分之几，比CO2激光器低一激光器低一个数量级；个数量级；YAG棒内部存在温度梯度，会产生热应力和棒内部存在温度梯度，会产生热应力和热透镜效应，输出功率和光束质量受到影响；热透镜效应，输出功率和光束质量受到影响；光束质量较差，一般为多模运行；光束质量较差，一般为多模运行；每瓦输出功率的成本费比每瓦

29、输出功率的成本费比CO2激光器高激光器高（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 半导体激光器半导体激光器（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 半导体激光器半导体激光器特点：特点：重量轻、体积小，是所有激光器中体积最小的激光重量轻、体积小，是所有激光器中体积最小的激光器；器；功耗低、转换效率高、可靠性高；功耗低、转换效率高、可靠性高；驱动电源简单、能直接调制；驱动电源简单、能直接调制；结构简单、价格低廉、使用安全、应用广泛；结构简单、价格低廉、使用安全、应用广泛；激光波段范围广，可覆盖从红外、可见光、到紫外激光波段范围广，可覆盖从红外、可见光、到紫外光。光。L 缺点：缺点：

30、半导体激光器的方向性很差，应用时需要加光学系半导体激光器的方向性很差，应用时需要加光学系统加以准直；统加以准直；单个单个LD功率小，大功率输出需多个功率小，大功率输出需多个LD耦合，波长有耦合，波长有差异，单色性差。差异，单色性差。（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 光纤激光器光纤激光器（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 光纤激光器光纤激光器特点：特点：光纤激光器在低泵浦下容易实现连续运转；光纤激光器在低泵浦下容易实现连续运转；为圆柱形结构，易与光纤耦合，实现各种应用；为圆柱形结构，易与光纤耦合，实现各种应用；辐射波长由基质材料的稀土掺杂剂决定，不受泵浦光波长控制；

31、辐射波长由基质材料的稀土掺杂剂决定，不受泵浦光波长控制；与目前的光纤器件，如调制器、耦合器、偏振器等相容，可制与目前的光纤器件，如调制器、耦合器、偏振器等相容，可制成成全光纤系统；全光纤系统；结构简单，体积小巧，操作和维护运行简单可靠，不需固体激结构简单，体积小巧，操作和维护运行简单可靠，不需固体激光光器的水冷系统等复杂设备；器的水冷系统等复杂设备；效率高效率高(80%)，光纤激光器消耗的电能仅约为灯泵浦激光器的，光纤激光器消耗的电能仅约为灯泵浦激光器的1，而效率则是半导体激光泵浦，而效率则是半导体激光泵浦YAG激光器的激光器的2倍以上倍以上;输出功率高输出功率高(已突破已突破10kW)，散热

32、面积大，光束质量好，可接近，散热面积大，光束质量好，可接近衍衍射极限。射极限。L缺点：缺点：目前成本比较高，但功率消耗和直接维护费用低目前成本比较高，但功率消耗和直接维护费用低（2）激光器的种类）激光器的种类5.激光器激光器 光纤光纤激光器激光器特点：特点：光纤激光器在低泵浦下容易实现连续运转；光纤激光器在低泵浦下容易实现连续运转；为圆柱形结构，易与光纤耦合，实现各种应用；为圆柱形结构，易与光纤耦合，实现各种应用；辐射波长由基质材料的稀土掺杂剂决定，不受泵浦光波长控制；辐射波长由基质材料的稀土掺杂剂决定，不受泵浦光波长控制；与目前的光纤器件，如调制器、耦合器、偏振器等相容，可制与目前的光纤器件

33、，如调制器、耦合器、偏振器等相容，可制成成全光纤系统；全光纤系统；结构简单，体积小巧，操作和维护运行简单可靠，不需固体激结构简单，体积小巧，操作和维护运行简单可靠，不需固体激光光器的水冷系统等复杂设备；器的水冷系统等复杂设备；效率高效率高(80%)，光纤激光器消耗的电能仅约为灯泵浦激光器的，光纤激光器消耗的电能仅约为灯泵浦激光器的1，而效率则是半导体激光泵浦，而效率则是半导体激光泵浦YAG激光器的激光器的2倍以上倍以上;输出功率高输出功率高(已突破已突破10kW)，散热面积大，光束质量好，可接近，散热面积大，光束质量好，可接近衍衍射极限。射极限。L缺点：缺点：目前成本比较高，但功率消耗和直接维

34、护费用低目前成本比较高，但功率消耗和直接维护费用低6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（1）脉冲激光焊接）脉冲激光焊接特点：类似于点焊，热斑点小，微米级特点：类似于点焊，热斑点小，微米级焊缝：点焊或点焊搭接焊缝：点焊或点焊搭接应用：精密元件或微电子元件的焊接应用：精密元件或微电子元件的焊接激光器：红宝石、铷玻璃、激光器：红宝石、铷玻璃、YAG6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（1）脉冲激光焊接）脉冲激光焊接1）接头形式）接头形式片与片：搭接和对接片与片：搭接和对接丝与丝：搭接、对接和角接丝与丝：搭接、对接和角接6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（1）脉冲激光焊接）脉冲激光焊接1

35、）工艺参数）工艺参数脉冲能量：加热量大小脉冲能量：加热量大小脉冲宽度：加热时间长短脉冲宽度：加热时间长短功率密度：决定焊接本质过程和机理功率密度：决定焊接本质过程和机理离焦量：工件表面离聚焦光束最小斑点离焦量：工件表面离聚焦光束最小斑点的距离，影响功率密度等的距离，影响功率密度等6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（1）脉冲激光焊接）脉冲激光焊接脉冲激光焊接中脉冲能量决定（）、脉脉冲激光焊接中脉冲能量决定（）、脉冲宽度决定（冲宽度决定（）、功率密度决定（）、功率密度决定（）、）、离焦量决定（离焦量决定（）A.加热时间长短加热时间长短 B.加热量大小加热量大小C.决定焊接本质过程和机理决定焊

36、接本质过程和机理D.工件表面离聚焦光束最小斑点的距工件表面离聚焦光束最小斑点的距离，影响功率密度等离，影响功率密度等练习练习答案：答案：BACD6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）接头形式及装配要求）接头形式及装配要求接头形式：对接、角接、接头形式：对接、角接、T形接头、搭接、形接头、搭接、转变接头转变接头装配要求：精度要求，错边、间隙、光斑偏装配要求：精度要求，错边、间隙、光斑偏离量、起焊和收尾处、焊前处理离量、起焊和收尾处、焊前处理6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数激光功率激光功率P激光模式

37、激光模式TEMmn焊接速度焊接速度V光斑直径光斑直径d离焦量大小离焦量大小F保护气体保护气体6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数激光功率激光功率PA.指激光器输出功指激光器输出功率率B.焊接熔深焊接熔深(h)随激随激光功率光功率(P)的增加而的增加而增加增加)1(kPhk激光功率P激光功率P熔深h熔深h6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数焊接速度焊接速度v一定条件下，降低速度一定条件下，降低速度v，线能量提高，焊接熔深增大线能量提高，焊接熔深增大)1(kPhk速度过低，熔深不会无

38、限增速度过低，熔深不会无限增加，反而使熔宽增大：加，反而使熔宽增大：金属熔化过多，金属蒸汽金属熔化过多，金属蒸汽压力不够压力不够金属蒸汽增加导致等离子金属蒸汽增加导致等离子体浓度增加体浓度增加焊接速度v焊接熔深h6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数光斑直径光斑直径d与离焦量与离焦量Fd：光强下降到中心光强的：光强下降到中心光强的1/e2时的直径时的直径(86.5%)，影响功率密度影响功率密度)13(44.20mDFd6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数光斑直径光斑直径d与离焦量与

39、离焦量FF：影响：影响d的大小与激光的入射方的大小与激光的入射方向向F06.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数激光模式对焊缝形貌激光模式对焊缝形貌及熔深的影响及熔深的影响6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数气体保护气体保护a作用：保护熔池，抑制等离子体作用：保护熔池，抑制等离子体b保护气体种类：保护气体种类：Ar，He，混合气体，混合气体c气体保护方式：气体保护方式：同轴顶吹同轴顶吹 偏轴侧吹偏轴侧吹 拖罩同轴拖罩同轴6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续

40、激光焊接1）工艺参数）工艺参数气体保护气体保护侧吹惰性气体保护侧吹惰性气体保护6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数气体保护气体保护同轴气体保护同轴气体保护1、透镜 2、一级水冷循环 3、横向气帘进气管 4、同轴保护气进气管 5、二级水冷循环6.激光焊接工艺和参数激光焊接工艺和参数（2）连续激光焊接）连续激光焊接1）工艺参数）工艺参数气体保护气体保护拖罩同轴保护方式拖罩同轴保护方式同轴气流 进气管导光筒锁紧螺母调节螺母拖罩 拖罩进气管7.不同材料的激光焊接特性不同材料的激光焊接特性材料激光焊接特性钢 低碳钢及低合金高强钢 中、高碳钢 合金

41、钢 硅钢 不锈钢 A不锈钢 F不锈钢 M不锈钢总的来说焊接性好，工艺成熟，应用广泛焊接性良好，焊缝强度、韧性等性能均优焊接性好，过快冷却速度易导致焊缝淬硬及冷裂纹等问题焊接性好，过快冷却速度易导致焊缝淬硬及冷裂纹等问题焊接性好，导热率低，需控制工艺参数防止晶粒过分长大降低塑性焊接性好导热率低、激光吸收率较高，焊接效率较高，焊缝性能与母材相当低碳低铬类型尤其适合激光焊接，但需控制晶粒长大高碳易导致焊缝及HAZ淬硬钛及钛合金焊接性好，激光吸收率高，化学活波性高，易氧化，焊前需要严格清洗以防止气孔，焊接时需严格正、反两面惰性气体保护，并加拖罩铝及铝合金可焊，对激光的高反射率致使实现其焊接需要更高功率

42、密度，容易形成气孔、热裂纹等缺陷，熔池流动性好、焊缝易下塌，成形不好，Mg等元素易蒸发造成强度降低，严格控制工艺参数或填丝仍可获得优良焊缝铜可焊，对激光高反射率，一般仅用于脉冲激光微点焊镍基高温合金焊接性好，但需控制裂纹、气孔、偏析以及焊缝脆等问题铱合金存在热裂纹问题8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷常见缺陷气孔常见缺陷气孔两类气孔：两类气孔：冶金气孔冶金气孔 H气孔，与弧焊等常规焊接方法气孔，与弧焊等常规焊接方法类似类似孔洞孔洞 激光深熔焊本身小孔失稳密切激光深熔焊本身小孔失稳密切相关相关 机理仍然不十分清楚机理仍然不十分清楚8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷常见缺陷气孔常见

43、缺陷气孔8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷常见缺陷裂纹常见缺陷裂纹 热裂纹和冷裂纹 焊缝完全凝固之前，由于焊缝的冷却凝焊缝完全凝固之前，由于焊缝的冷却凝固过程中在高温阶段晶间塑性变形能力固过程中在高温阶段晶间塑性变形能力不足以承受当时所发生的塑性应变量而不足以承受当时所发生的塑性应变量而产生的，裂纹较多产生于焊缝中心线及产生的，裂纹较多产生于焊缝中心线及热影响区，因而那些具有宽的结晶温度热影响区，因而那些具有宽的结晶温度范围、高的范围、高的C C、S S、P P含量的材料容易产生含量的材料容易产生裂纹，如铝合金的激光焊接过程中容易裂纹，如铝合金的激光焊接过程中容易产生此类裂纹产生此类裂纹 8.常见焊

44、接缺陷常见焊接缺陷常见缺陷裂纹常见缺陷裂纹铝合金激光焊接过程中的热裂纹铝合金激光焊接过程中的热裂纹 8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷常见缺陷裂纹常见缺陷裂纹 热裂纹和冷裂纹 对于高对于高C C钢或某些高些高合金钢而言，冷钢或某些高些高合金钢而言，冷裂纹也是其激光焊接过程中容易产生的裂纹也是其激光焊接过程中容易产生的缺陷。由于激光焊接的冷却速度很快，缺陷。由于激光焊接的冷却速度很快，这类钢材由于含这类钢材由于含C C量较高，焊缝中容易得量较高，焊缝中容易得到淬硬组织，较易产生冷裂纹到淬硬组织，较易产生冷裂纹8.常见焊接缺陷常见焊接缺陷 在激光焊接中热裂纹和冷裂纹是怎样产生的？练习练习8.常见焊接缺陷

45、常见焊接缺陷常见缺陷裂纹常见缺陷裂纹9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势激光器件不断改进激光器件不断改进 铝合金等材料激光焊接难题得到解决铝合金等材料激光焊接难题得到解决 深宽比更大、更厚、速度更快（见三菱重工）深宽比更大、更厚、速度更快（见三菱重工）数控系统数控系统 一维焊缝一维焊缝二维焊缝二维焊缝三维焊缝三维焊缝激光复合焊接技术的发展激光复合焊接技术的发展 激光电弧、激光等离子体、激光感应、双光激光电弧、激光等离子体、激光感应、双光束束完整的质量监控完整的质量监控 焊前、焊中、焊后焊前、焊中、焊后9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势现代激光焊接技术现代激光焊接技术激光填丝焊激光填丝

46、焊9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势现代激光焊接技术现代激光焊接技术激光填丝焊焊接试样激光填丝焊焊接试样9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势现代激光焊接技术现代激光焊接技术激光电弧复合焊接激光电弧复合焊接9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势现代激光焊接技术现代激光焊接技术激光钎焊激光钎焊9.激光焊接的发展趋势激光焊接的发展趋势现代激光焊接技术现代激光焊接技术激光钎焊激光钎焊10激激光安全防护光安全防护气体电离产生废气激光辐射对生物组织危害激光辐射对生物组织危害危害因素包括：危害因素包括：光压效应光压效应照射时间在纳秒和亚纳秒级时产照射时间在纳秒和亚纳秒级时产生的效应。生的效应。热

47、效应热效应照射时间在照射时间在100ms100ms和数秒时产生的和数秒时产生的效应。效应。光化学效应光化学效应照射时间超过照射时间超过100s100s时产生的效时产生的效应。应。激光辐射对生物组织危害激光辐射对生物组织危害 当生物组织的一部分吸收了足够的辐照能当生物组织的一部分吸收了足够的辐照能量时，其组织中分子的振动增加，从而造成这量时，其组织中分子的振动增加，从而造成这部分组织受热而损伤，同时热扩散可导致损伤部分组织受热而损伤，同时热扩散可导致损伤面积和深度的增加。受损程度由照射光斑的大面积和深度的增加。受损程度由照射光斑的大小、照射时间决定。小、照射时间决定。另一方面，损伤效应也可能是特

48、殊分子吸另一方面，损伤效应也可能是特殊分子吸收了特定光子的直接结果。生物组织的损伤主收了特定光子的直接结果。生物组织的损伤主要是由于蛋白质变性引起。要是由于蛋白质变性引起。不同功率激光对组织的损害方式不同功率激光对组织的损害方式短脉冲、高峰值功率激光危害短脉冲、高峰值功率激光危害能量在极短的时间内释放到生物靶标上，靶标能量在极短的时间内释放到生物靶标上，靶标组织快速升温，致使组织细胞由液态变为气态组织快速升温，致使组织细胞由液态变为气态。多数情况下这些相变极快，可使组织爆炸、。多数情况下这些相变极快，可使组织爆炸、细胞破裂。细胞破裂。中等剂量激光长时间照射中等剂量激光长时间照射分子获得光子被激

49、活而产生化学反应，从而造分子获得光子被激活而产生化学反应，从而造成不可恢复的损害。成不可恢复的损害。激光辐射对眼睛危害激光辐射对眼睛危害激光对眼睛的危害性比皮激光对眼睛的危害性比皮肤严重得多；肤严重得多；激光激光功率密度大、方向性功率密度大、方向性好好等特性是危害眼睛的主等特性是危害眼睛的主要原因；要原因；好的方向性好的方向性使眼球的晶状使眼球的晶状体将射来的平行激光束，体将射来的平行激光束，在视网膜上聚焦成很小的在视网膜上聚焦成很小的光斑，它还可能在长距离光斑，它还可能在长距离范围内造成危害。范围内造成危害。激光辐射对眼睛危害激光辐射对眼睛危害 平行激光束可以通过眼睛的晶状体聚焦成一个直径平

50、行激光束可以通过眼睛的晶状体聚焦成一个直径为为1020um的像点。的像点。若瞳孔充分扩张，让整个激光束进入，那么即使若瞳孔充分扩张，让整个激光束进入，那么即使几毫瓦几毫瓦的激光功率，也会在视网膜上产生的激光功率，也会在视网膜上产生每平方厘米每平方厘米几千瓦几千瓦的功率密度，这一量级的功率密度会严重损伤的功率密度，这一量级的功率密度会严重损伤视网膜。视网膜。对于最坏的情况：眼睛的焦距变得无限长，且瞳对于最坏的情况：眼睛的焦距变得无限长，且瞳孔充分扩张孔充分扩张(约约0.7cm直径直径)，眼睛晶状体上的功率密，眼睛晶状体上的功率密度与视网膜上的功率密度之比约为度与视网膜上的功率密度之比约为105