激光焊接安全技术

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1、激光焊接安全技术激光技术是20世纪60年代初期科学研究的成果。利用 原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一、方向一 致以及强度非常高的光束一一激光。它与普通光（电灯光、 太阳光等）不同，具有能量密度高达1051013 W/m2，单色性 好，相干性好和极高的定向性，其亮度比太阳表面亮度高一 百亿倍等许多特征，所以被成功地用于金属材料和非金属材 料的焊接、穿孔和切割。激光焊有如下特点。 聚焦后的功率密度可达 1051013 W/m2,甚至更高，加 热集中，完成单位长度、单位厚度工件焊接所需的热输入低， 因而工件产生的变形极小，热影响区也很窄，特别适宜于精密度焊接和微细焊接。 可获得深宽比大的

2、焊缝，焊接厚件时可不开坡口一次成形。焊缝的深宽比目前已达12： 1，不开坡口单道焊接钢板的厚度已达50mm。 适宜于难熔金属、热敏感性强的金属以及热物理性能差异悬殊、尺寸和体积差异悬殊工件间的焊接。 可穿过透明介质对密闭容器内的工件进行焊接。 可借助反射镜使光束达到一般焊接方法无法施焊的部位，YAG激光(波长1.06um)还可用光纤传输，可达性好。不需真空室，不产生 X射线，观察及对中方便。激光焊的设备一次投资大，对高反射率的金属直接进行 焊接比较.困难。目前，用于焊接的激光器主要有气体激光 器和固体激光器两大类。前者以 CO2激光器为代表，后者以 YAG激光器为代表。根据激光的作用方式， 激

3、光焊可分为连 续激光焊和脉冲激光焊。一、激光焊接设备1激光焊接设备的组成激光焊接设备的组成见图7-3。(1)激光器激光器是激光焊设备图中的重要部分，提供加工所需的光能。对激光器的要求图7-3激光焊接设备的组成1-激光器；2-光学系统；3-激光加工机；4-辐射 参数传感器，5-工艺介质输送系统；6-工艺参数 传感器；7-控制系统；8-准直用He-Ne激光器是稳定、可靠，能长期正常运行。(2) 光学系统光学系统用以进行光束的传输和聚焦。进行直线传输时，通道主要是空气，在进行大功率或大能量 传输时，必须采取屏蔽以免对人造成危害。在激光输出快门 打开之前，激光器不对外输出。(3) 激光加工机加工机用以

4、产生工件与光束间的相对运动。激光加工机的精度对焊接或切割的精度影响很大。(4) 辐射参数传感器主要用于检测激光器的输出功率或输出能量，并通过控制系统对功率或能量进行控制。(5) 工艺介质输送系统焊接时该系统的主要功能有： 输送惰性气体，保护焊缝； 大功率CO2激光器焊接时，在熔池上方产生蒸气等离子体，送适当的气体可将焊缝上方的等离子体部分吹走； 针对不同的焊接材料，输送适当的混合器以增加熔深。(6) 工艺参数传感器主要用于检测加工区域的温度、件的表面状况以及等离子体的特性等，以便通过控制系统进 行必要调整。(7) 控制系统主要作用是输入参数并对参数进行实时显示、控制，另外，还有保护和报警等功能

5、。(8) 准直用He-Ne激光器 一般采用小功率的 He-Ne激 光器进行光路的高速和工件的对中。以上是激光焊接设备的典型组成，实际上，由于应用场 合不同，加工要求不同，上述的八个部分不一定一一具备， 各个部分的功能也差别很大，在选用设备时可酌情而定。2. CO2气体激光器根据气体流动的特点，CO2气体激光器又可分为密封式、 轴流式、横流式和板条式四种。(1) 密封式CO2激光器 由放电管、谐振腔以及激励电源 等等组成。(2) 轴流式CO2激光器 由放电管、谐振腔(包括后腔镜 和出镜)、高速风机以及热交换器等组成。这类激光器的主 要特点是气体流动方向、放电方向以及激光的输出方向三者致。根据气流

6、速的大小，又可分为慢速轴流和快速轴流两(3) 横流式CO2激光器 由密封外壳、谐振腔(包括后腔镜、折叠镜、输出镜)、高速风机、热交换器以及放电电极 等组成。它的光束、气流和放电的三个方向相互垂直。(4) 板条式CO2激光器 该激光器被国际上全业界誉为 工业co2、激光器新的里程碑。其主要特点是光束质量极好 (k0.8)，消耗气少(0.3L/h，运行可靠，免维护，运行费用 低，议备品型板条式激光器的功率已达3500W。2 YAG固体激光器激光工作物质(又称激光棒)是激光器的核心，全反射 镜和部分反射镜组成谐振腔，固体激光器一般都采用光泵抽 运，可用氙灯或氪灯。聚光腔用以将泵浦源发出的光通过反 射

7、，尽量多地照射到激光棒上以提高效率，并可使泵浦光在 激光棒表面分布均匀，形成较好的光耦合，提高输出激光的 质量。典型YAG激光焊机光路系统是由激光振荡部分、能量检测及扩束部分、观察及聚焦三大部分组成4. 其他激光器可用于激光焊接的其他激光器还有CO激光器、半导体激光器、准分子激光器等。5. 常用激光器（焊接 s切割）的特点为便于了解，现将常用焊接与切割激光器特点作一比 较，见表7-3。表7-3 常用焊接与切割激光器的特点比较激光器波长振荡重复频输出功主要用途/um方式率/HZ率或能量范围红宝石激光0.69脉冲011点焊、打孔器43100J铷玻璃激光1.06脉冲0101点焊、打孔器100JYAG激光器1.06脉冲0 4001点焊、打孔石)02KW 表面处理密封式CQ激1.06连续-01KW焊接、切割、光器表面处理横流式CO2激1.06连续- 0焊接、表面处光器25KW理快速轴流式1.06连续、0 5000 0 6KW焊接、切割cob激光器脉冲二、激光焊接原理激光焊接是激光与非透明物质相互作用的过程，这个过程表现为反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。(I)光的反射及吸收光束照在清洁磨光的金属表面时，都存在着强烈的反射。金属对光束的反射能力与它所含的自由电子密度有关，自由电子密度越大，即电导率越大，反射 本领越强。对同一种金属与入射光的波长有关。波长较长的