常用的激光焊接機工藝
發(fā)布時間：2012-08-01（1）手弧焊
手弧焊是各種電弧焊方法中發(fā)展最早、目前仍然應(yīng)用最廣的一種焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。涂料在電弧熱作用下一方面可以產(chǎn)生氣體以保護電弧，另一方面可以產(chǎn)生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用。熔渣的更重要作用是與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)或添加合金元素，改善焊縫金屬性能。手弧焊設(shè)備簡單、輕便，操作靈活�？梢詰�(yīng)用于維修及裝配中的短縫的焊接，特別是可以用于難以達到的部位的焊接。手弧焊配用相應(yīng)的焊條可適用于大多數(shù)工業(yè)用碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及其合金。
（2）埋弧焊
埋弧焊是以連續(xù)送時的焊絲作為電極和填充金屬。焊接時，在焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和局部母材熔化，形成焊縫。在電弧熱的作用下，上部分焊劑熔化熔渣并與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應(yīng)。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染，并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的萬分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢泠卻。埋弧焊可以采用較大的焊接電流。與手弧焊相比，其最大的優(yōu)點是焊縫質(zhì)量好，焊接速度高。因此，它特別適于焊接大型工件的直縫的環(huán)縫。而且多數(shù)采用機械化焊接。埋弧焊已廣泛用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼的焊接。由于熔渣可降低接頭冷卻速度，故某些高強度結(jié)構(gòu)鋼、高碳鋼等也可采用埋弧焊焊接。
（3）鎢極氣體保護電弧焊
這是一種不熔化極氣體保護電弧焊，是利用鎢極和工件之間的電弧使金屬熔化而形成焊縫的。焊接過程中鎢極不熔化，只起電極的作用。同時由焊炬的噴嘴送進氬氣或氦氣作保護。還可根據(jù)需要另外添加金屬。在國際上通稱為TIG焊。鎢極氣體保護電弧焊由于能很好地控制熱輸入，所以它是連接薄板金屬和打底焊的一種極好方法。這種方法幾乎可以用于所有金屬的連接，尤其適用于焊接鋁、鎂這些能形成難熔氧化物的金屬以及象鈦和鋯這些活潑金屬。這種焊接方法的焊縫質(zhì)量高，但與其它電弧焊相比，其焊接速度較慢。
（4）等離子弧焊
等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊。它是利用電極和工件之間地壓縮電弧（叫轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)移電�。⿲崿F(xiàn)焊接的。所用的電極通常是鎢極。產(chǎn)生等離子弧的等離子氣可用氬氣、氮氣、氦氣或其中二者之混合氣。同時還通過噴嘴用惰性氣體保護。焊接時可以外加填充金屬，也可以不加填充金屬。等離子弧焊焊接時，由于其電弧挺直、能量密度大、因而電弧穿透能力強。等離子弧焊焊接時產(chǎn)生的小孔效應(yīng)，對于一定厚度范圍內(nèi)的大多數(shù)金屬可以進行不開坡口對接，并能保證熔透和焊縫均勻一致。因此，等離子弧焊的生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量好。但等離子弧焊設(shè)備（包括噴嘴）比較復(fù)雜，對焊接工藝參數(shù)的控制要求較高。鎢極氣體保護電弧焊可焊接的絕大多數(shù)金屬，均可采用等離子弧焊接。與之相比，對于1mm以下的極薄的金屬的焊接，用等離子弧焊可較易進行。
（5）熔化極氣體保護電弧焊
這種焊接方法是利用連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴嘴噴出的氣體保護電弧來進行焊接的。熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有：氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的混合氣。以氬氣或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊（在國際上簡稱為MIG焊）；以惰性氣體與氧化性氣體(O2,CO2)混合氣為保護氣體時，或以CO2氣體或CO2＋O2混合氣為保護氣時，或以CO2氣體或CO2＋O2混合氣為保護氣時，統(tǒng)稱為熔化極活性氣體保護電弧焊（在國際上簡稱為MAG焊）。熔化極氣體保護電弧焊的主要優(yōu)點是可以方便地進行各種位置的焊接，同時也具有焊接速度較快、熔敷率高等優(yōu)點。熔化極活性氣體保護電弧焊可適用于大部分主要金屬，包括碳鋼、合金鋼。熔化極惰性氣體保護焊適用于不銹鋼、鋁、鎂、銅、鈦、鋯及鎳合金。利用這種焊接方法還可以進行電弧點焊。
（6）管狀焊絲電弧焊
管狀焊絲電弧焊也是利用連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧為熱源來進行焊接的，可以認為是熔化極氣體保護焊的一種類型。所使用的焊絲是管狀焊絲，管內(nèi)裝有各種組分的焊劑。焊接時，外加保護氣體，主要是CO。焊劑受熱分解或熔化，起著造渣保護溶池、滲合金及穩(wěn)弧等作用。管狀焊絲電弧焊除具有上述熔化極氣體保護電弧焊的優(yōu)點外，由于管內(nèi)焊劑的作用，使之在冶金上更具優(yōu)點。管狀焊絲電弧焊可以應(yīng)用于大多數(shù)黑色金屬各種接頭的焊接。管狀焊絲電弧焊在一些工業(yè)先進國家已得到廣泛應(yīng)用。
2.電阻焊
這是以電阻熱為能源的一類焊接方法，包括以熔渣電阻熱為能源的電渣焊和以固體電阻熱為能源的電阻焊。由于電渣焊更具有獨特的特點，故放在后面介紹。這里主要介紹幾種固體電阻熱為能源的電阻焊，主要有點焊、縫焊、凸焊及對焊等。電阻焊一般是使工件處在一定電極壓力作用下并利用電流通過工件時所產(chǎn)生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化而實現(xiàn)連接的焊接方法。通常使用較大的電流。為了防止在接觸面上發(fā)生電弧并且為了鍛壓焊縫金屬，焊接過程中始終要施加壓力。進行這一類電阻焊時，被焊工件的表面善對于獲得穩(wěn)定的焊接質(zhì)量是頭等重要的。因此，焊前必須將電極與工件以及工件與工件間的接觸表面進行清理。點焊、縫焊和凸焊的牾在于焊接電流（單相）大（幾千至幾萬安培），通電時間短（幾周波至幾秒），設(shè)備昂貴、復(fù)雜，生產(chǎn)率高，因此適于大批量生產(chǎn)。主要用于焊接厚度小于3mm的薄板組件。各類鋼材、鋁、鎂等有色金屬及其合金、不銹鋼等均可焊接。
3．高能束焊
這一類焊接方法包括：電子束焊和激光焊。
（1）電子束焊
電子束焊是以集中的高速電子束轟擊工件表面時所產(chǎn)生的熱能進行焊接的方法。電子束焊接時，由電子槍產(chǎn)生電子束并加速。常用的電子束焊有：高真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊。前兩種方法都是在真空室內(nèi)進行。焊接準備時間（主要是抽真空時間）較長，工件尺寸受真空室大小限制。電子束焊與電弧焊相比，主要的特點是焊縫熔深大、熔寬小、焊縫金屬純度高。它既可以用在很薄材料的精密焊接，又可以用在很厚的（最厚達300mm）構(gòu)件焊接。所有用其它焊接方法能進行熔化焊的金屬及合金都可以用電子束焊接。主要用于要求高質(zhì)量的產(chǎn)品的焊接。還能解決異種金屬、易氧化金屬及難熔金屬的焊接。但不適于大批量產(chǎn)品。
（2）激光焊
激光焊是利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束為熱源進行的焊接。這種焊接方法通常有連續(xù)功率激光焊和脈沖功率激光焊。激光焊優(yōu)點是不需要在真空中進行，缺點則是穿透力不如電子束焊強。激光焊時能進行精確的能量控制，因而可以實現(xiàn)精密微型器件的焊接。它能應(yīng)用于很多金屬，特別是能解決一些難焊金屬及異種金屬的焊接。
4．釬焊
釬焊的能源可以是化學(xué)反應(yīng)熱，也可以是間接熱能。它是利用熔點比被焊材料的熔點低的金屬作釬料，經(jīng)過加熱使釬料熔化，靠毛細管作用將釬料及入到接頭接觸面的間隙內(nèi)，潤濕被焊金屬表面，使液相與固相之間互擴散而形成釬焊接頭。因此，釬焊是一種固相兼液相的焊接方法。釬焊加熱溫度較低，母材不熔化，而且也不需施加壓力。但焊前必須采取一定的措施清除被焊工件表面的油污、灰塵、氧化膜等。這是使工件潤濕性好、確保接頭質(zhì)量的重要保證。釬料的液相線濕度高于450℃而低于母材金屬的熔點時，稱為硬釬焊；低于450℃時，稱為軟釬焊。根據(jù)熱源或加熱方法不同釬焊可分為：火焰釬焊、感應(yīng)釬焊、爐中釬焊、浸沾釬焊、電阻釬焊等。釬焊時由于加熱溫度比較低，故對工件材料的性能影響較小，焊件的應(yīng)力變形也較小。但釬焊接頭的強度一般比較低，耐熱能力較差。釬焊可以用于焊接碳鋼、不銹鋼、高溫合金、鋁、銅等金屬材料，還可以連接異種金屬、金屬與非金屬。適于焊接受載不大或常溫下工作的接頭，對于精密的、微型的以及復(fù)雜的多釬縫的焊件尤其適用。
5．其它焊接方法
這些焊接方法屬于不同程度的專門化的焊接方法，其適用范圍較窄。主要包括以電阻熱為能源的電渣焊、高頻焊；以化學(xué)能為焊接能源的氣焊、氣壓焊、爆炸焊；以機械能為焊接能源的摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴散焊。
（1）電渣焊
如前面所述，電渣焊是以熔渣的電阻熱為能源的焊接方法。焊接過程是在立焊位置、在由兩工件端面與兩側(cè)水冷銅滑塊形成的裝配間隙內(nèi)進行。焊接時利用電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱將工件端部熔化。根據(jù)焊接時所用的電極形狀，電渣焊分為絲極電渣焊、板極電渣焊和熔嘴電渣焊。電渣焊的優(yōu)點是：可焊的工件厚度大（從30mm到大于1000mm），生產(chǎn)率高。主要用于在斷面對接接頭及丁字接頭的焊接。電渣焊可用于各種鋼結(jié)構(gòu)的焊接，也可用于鑄件的組焊。電渣焊接頭由于加熱及冷卻均較慢，熱影響區(qū)寬、顯微組織粗大、韌性、因此焊接以后一般須進行正火處理。
（2）高頻焊
同頻焊是以固體電阻熱為能源。焊接時利用高頻電流在工件內(nèi)產(chǎn)生的電阻熱使工件焊接區(qū)表層加熱到熔化或接近的塑性狀態(tài)，隨即施加（或不施加）頂鍛力而實現(xiàn)金屬的結(jié)合。因此它是一種固相電阻焊方法。高頻焊根據(jù)高頻電流在工件中產(chǎn)生熱的方式可分為接觸高頻焊和感應(yīng)高頻焊。接觸高頻焊時，高頻電流通過與工件機械接觸而傳入工件。感應(yīng)高頻焊時，高頻電流通過工件外部感應(yīng)圈的耦合作用而在工件內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流。高頻焊是專業(yè)化較強的焊接方法，要根據(jù)產(chǎn)品配備專用設(shè)備。生產(chǎn)率高，焊接速度可達30m/min。主要用于制造管子時縱縫或螺旋縫的焊接。
（3）氣焊
氣焊是用氣體火焰為熱源的一種焊接方法。應(yīng)用最多的是以乙炔氣作燃料的氧－乙炔火焰。由于設(shè)備簡單使操作方便，但氣焊加熱速度及生產(chǎn)率較低，熱影響區(qū)較大，且容易引起較大的變形。氣焊可用于很多黑色金屬、有色金屬及合金的焊接。一般適用于維修及單件薄板焊接。
（4）氣壓焊
氣壓焊和氣焊一樣，氣壓焊也是以氣體火焰為熱源。焊接時將兩對接的工件的端部加熱到一定溫度，后再施加足夠的壓力以獲得牢固的接頭。是一種固相焊接。氣壓焊時不加填充金屬，常用于鐵軌焊接和鋼筋焊接。
（5）爆炸焊
爆炸焊也是以化學(xué)反應(yīng)熱為能源的另一種固相焊接方法。但它是利用炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量來實現(xiàn)金屬連接的。在爆炸波作用下，兩件金屬在不到一秒的時間內(nèi)即可被加速撞擊形成金屬的結(jié)合。在各種焊接方法中，爆炸焊可以焊接的異種金屬的組合的范圍最廣�？梢杂帽ê笇⒁苯鹕喜幌嗳莸膬煞N金屬焊成為各種過渡接頭。爆炸焊多用于表面積相當(dāng)大的平板包覆，是制造復(fù)合板的高效方法。
（6）摩擦焊
摩擦焊是以機械能為能源的固相焊接。它是利用兩表面間機械摩擦所產(chǎn)生的熱來實現(xiàn)金屬的連接的。摩擦焊的熱量集中在接合面處，因此熱影響區(qū)窄。兩表面間須施加壓力，多數(shù)情況是在加熱終止時增大壓力，使熱態(tài)金屬受頂鍛而結(jié)合，一般結(jié)合面并不熔化。摩擦焊生產(chǎn)率較高，原理上幾乎所有能進行熱鍛的金屬都能摩擦焊接。摩擦焊還可以用于異種金屬的焊接。要適用于橫斷面為圓形的最大直徑為100mm的工件。
（7）超聲波焊
超聲波焊也是一種以機械能為能源的固相焊接方法。進行超聲波焊時，焊接工件在較低的靜壓力下，由聲極發(fā)出的高頻振動能使接合面產(chǎn)生強裂摩擦并加熱到焊接溫度而形成結(jié)合。超聲波焊可以用于大多數(shù)金屬材料之間的焊接，能實現(xiàn)金屬、異種金屬及金屬與非金屬間的焊接�？蛇m用于金屬絲、箔或2～3mm以下的薄板金屬接頭的重復(fù)生產(chǎn)。（8）擴散焊擴散焊一般是以間接熱能為能源的固相焊接方法。通常是在真空或保護氣氛下進行。焊接時使兩被焊工件的表面在高溫和較大壓力下接觸并保溫一定時間，以達到原子間距離，經(jīng)過原子樸素相互擴散而結(jié)合。焊前不僅需要清洗工件表面的氧化物等雜質(zhì)，而且表面粗糙度要低于一定值才能保證焊接質(zhì)量。擴散焊對被焊材料的性能幾乎不產(chǎn)生有害作用。它可以焊接很多同種和異種金屬以及一些非金屬材料，如陶瓷等。擴散焊可以焊接復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及厚度相差很大的工件。
激光焊接的工藝參數(shù)。
1、功率密度。功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在104~106W/CM2。
2、激光脈沖波形。激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。
3、激光脈沖寬度。脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4、離焦量對焊接質(zhì)量的影響。激光焊接通常需要一定的離做文章一，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。
離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。
