激光焊接技术.doc

激光焊接技术激发电子或分子使其在转换成能量的过程中产生集中且相位相同的光束, Laser 来自 Light Amplification by Stimulated Emission Radiation 的第一个字母所组成。由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。介质受到激发至高能量状态时, 开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射, 形成光电的串结效应, 将光波放大, 并获得足够能量而开始发射出激光。激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频( 紫外光、可见光或红外光的电磁辐射束的一种设备。转换形态在某些固态、液态或气态介质中很容易进行。当这些介质以原子或分子形态被激发, 便产生相位几乎相同且近乎单一波长的光束----- 激光。由于具同相位及单一波长, 差异角均非常小, 在被高度集中以提供焊接、切割及热处理等功能前可传送的距离相当长。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 10^6 瓦, 但仍属于低能量输出。使用钕( ND) 为激发元素的钇铝石榴石晶棒( Nd:YAG )可产生 1---8KW 的连续单一波长光束。 YAG 激光,波长为 ,可以通过柔性光纤连接到激光加工头,设备布局灵活,适用焊接厚度 -6mm 。使用 CO2 为激发物的 CO2 激光( 波长 ), 输出能量可达 25KW , 可做出 2mm 板厚单道全渗透焊接,工业界已广泛用于金属的加工上。属于熔融焊接,以激光束为能源,冲击在焊件接头上。激光束可由平面光学元件(如镜子)导引,随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上。激光焊接属非接触式焊接, 作业过程不需加压, 但需使用惰性气体以防熔池氧化,填料金属偶有使用。激光焊可以与 MIG 焊组成激光 MIG 复合焊, 实现大熔深焊接, 同时热输入量比 MIG 焊大为减小。(1) 可将入热量降到最低的需要量, 热影响区金相变化范围小, 且因热传导所导致的变形亦最低。(2) 32mm 板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格, 可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。(3) 不需使用电极, 没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程, 机具的耗损及变形接可降至最低。(4) 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,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。(5) 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)。(6 )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,(7) 可焊材质种类范围大, 亦可相互接合各种异质材料。(8) 易于以自动化进行高速焊接, 亦可以数位或电脑控制。(9) 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。( 10 )不受磁场所影响(电弧焊接及电子束焊接则容易), 能精确的对准焊件。( 11 )可焊接不同物性(如不同电阻)的两种金属( 12) 不需真空, 亦不需做 X 射线防护。( 13) 若以穿孔式焊接, 焊道深一宽比可达 10:1 ( 14) 可以切换装置将激光束传送至多个工作站。(1) 焊件位置需非常精确, 务必在激