熔化焊设备采用的加热原理为什么(简述激光焊的基本原理及其分类「激光焊接篇」)

Posted 2023-06-02

篇首语：莫道桑榆晚，为霞尚满天。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了熔化焊设备采用的加热原理为什么(简述激光焊的基本原理及其分类「激光焊接篇」)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

熔化焊设备采用的加热原理为什么(简述激光焊的基本原理及其分类「激光焊接篇」)

最近看群里面有人讨论激光焊，其实激光焊接早已经崭露头角，目前大家关注度提高，说明激光焊接的推广和应用越来越多，近期会分五篇来介绍激光焊，以供大家了解熟悉和应用，今天先来讨论激光焊的基本原理及其分类。

首先定义：

激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源进行焊接的一种高效精密焊接方法，【引用李亚江主编的《特种焊接技术及应用》一书】。激光焊以激光束作为焊接热源，焊接过程中材料熔化，属于熔化焊。

然后看原理：

激光焊是通过特定的方法激励活性介质，使其在谐振腔中往返震荡，进而转化成受激辐射光束（激光），通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等激光参数对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。

激光焊接原理

激光焊接时，激光照射到被焊金属表面，与其发生作用，一部分被吸收进入材料内部，一部分被反射。激光在金属表面0.01-0.1μm的厚度中被吸收变成热能，导致金属表面温度快速升高，再传入金属内部。

由于激光的高方向性、高亮度（光子强度）、高单色性和高相干性，激光焊接时，材料吸收的光能向热能转化是在极短的时间（约10-9 S）内完成，这个时间段，热能仅仅局限于材料被激光辐射的区域，热后才通过热传导，热量由高温区传向低温区。

它是一种新型的焊接方式，主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理，焊缝质量高，可精确控制，定位精度高，易实现自动化。

最后看下分类：

根据激光对工件的作用方式区分，激光焊可以分为：连续激光焊和脉冲激光焊，连续激光焊在焊接过程中形成一条连续的焊缝，而脉冲激光焊输入到工件的能量是断续的，每个激光脉冲在焊接过程中形成一个圆形焊点。

根据激光焊熔池形成机理区分，激光焊分为传热焊和深熔焊（锁孔焊）。

1）传热焊，也叫热传导焊，是指功率密度小于105 W/cm2，焊接时产生的热量通过热传递扩散至工件内部，使焊缝表面熔化，基本不产生汽化现象。热传导焊，熔深浅、焊接速度慢。主要用于薄板（厚度小于1mm）、小工件的焊接。

2）深熔焊，是指功率密度大于105~107 W/cm2，金属表面在激光束的照射下，表面温度瞬间（10-8~10-6 S）升高到沸点，使材料汽化，形成大量等离子体，由于热量较大，产生的金属蒸汽以一定的速度离开熔池，对熔化的金属产生一个附加压力，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，熔池前端会出现小孔现象，当光束能量产生的金属蒸汽的反冲压力和液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不在继续加深形成一个深度稳定的孔而进行焊接，称为深熔焊。是目前使用最广泛的激光焊接模式。

深熔焊能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的，前面讲了在足够高的功率密度激光照射下，材料产生蒸发并形成小孔。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束能量，孔腔内平衡温度高达25000℃左右，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。

小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。
小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，形成焊缝。

总之，激光焊接作为一种新型焊接技术，具有高能量密度、高速度、高精度、深穿透、适应性强等特点，其应用范围越来越广泛，了解其基本原理和分类对于后续的应用有一定的指导意义。