常用的激光焊接工藝

目前常用的焊接工藝有：
→電弧焊（氬弧焊、手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、等離子弧焊、氣體保護(hù)焊）
→電阻焊
→高能束焊（電子束焊、激光焊）
→釬焊
→以電阻熱為能源：電渣焊、高頻焊 ；
→以化學(xué)能為焊接能源：氣焊、氣壓焊、爆炸焊；
→以機(jī)械能為焊接能源：摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊

1．電弧焊
電弧焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法。它包括有：手弧焊、埋弧焊、鎢極氣體保護(hù)電弧焊、等離子弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊等。絕大部分電弧焊是以電極與工件之間燃燒的電弧作熱源。在形成接頭時(shí)，可以采用也可以不采用填充金屬。所用的電極是在焊接過(guò)程中熔化的焊絲時(shí)，叫作熔化極電弧焊，諸如手弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)電弧焊、管狀焊絲電弧焊等；所用的電極是在焊接過(guò)程中不熔化的碳棒或鎢棒時(shí)，叫作不熔化極電弧焊，諸如鎢極氬弧焊、等離子弧焊等。
（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(hù)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(jiǎn)單、輕便，操作靈活。可以應(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(dá)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(shí)的焊絲作為電極和填充金屬。焊接時(shí)，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(hù)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(wàn)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(diǎn)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(jī)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(qiáng)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(hù)電弧焊
這是一種不熔化極氣體保護(hù)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(guò)程中鎢極不熔化，只起電極的作用。同時(shí)由焊炬的噴嘴送進(jìn)氬氣或氦氣作保護(hù)。還可根據(jù)需要另外添加金屬。在國(guó)際上通稱為TIG焊。鎢極氣體保護(hù)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�。ń修D(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)移電�。�實(shí)現(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?dú)狻⒑�氣或其中二者之混合氣。同時(shí)還通過(guò)噴嘴用惰性氣體保護(hù)。焊接時(shí)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(shí)，由于其電弧挺直、能量密度大、因而電弧穿透能力強(qiáng)。等離子弧焊焊接時(shí)產(chǎn)生的小孔效應(yīng)，對(duì)于一定厚度范圍內(nèi)的大多數(shù)金屬可以進(jìn)行不開坡口對(duì)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(duì)焊接工藝參數(shù)的控制要求較高。鎢極氣體保護(hù)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(duì)于1mm以下的極薄的金屬的焊接，用等離子弧焊可較易進(jìn)行。
（5）熔化極氣體保護(hù)電弧焊
這種焊接方法是利用連續(xù)送進(jìn)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(hù)電弧來(lái)進(jìn)行焊接的。熔化極氣體保護(hù)電弧焊通常用的保護(hù)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(hù)氣時(shí)稱為熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊（在國(guó)際上簡(jiǎn)稱為MIG焊）；以惰性氣體與氧化性氣體(O2,CO2)混合氣為保護(hù)氣體時(shí)，或以CO2氣體或CO2＋O2混合氣為保護(hù)氣時(shí)，或以CO2氣體或CO2＋O2混合氣為保護(hù)氣時(shí)，統(tǒng)稱為熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊（在國(guó)際上簡(jiǎn)稱為MAG焊）。熔化極氣體保護(hù)電弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)是可以方便地進(jìn)行各種位置的焊接，同時(shí)也具有焊接速度較快、熔敷率高等優(yōu)點(diǎn)。熔化極活性氣體保護(hù)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(hù)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(jìn)行電弧點(diǎn)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(jìn)的焊絲與工件之間燃燒的電弧為熱源來(lái)進(jìn)行焊接的，可以認(rèn)為是熔化極氣體保護(hù)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(shí)，外加保護(hù)氣體，主要是CO。焊劑受熱分解或熔化，起著造渣保護(hù)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(hù)電弧焊的優(yōu)點(diǎn)外，由于管內(nèi)焊劑的作用，使之在冶金上更具優(yōu)點(diǎn)。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(jìn)國(guó)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(dú)特的特點(diǎn)，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(diǎn)焊、縫焊、凸焊及對(duì)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(guò)工件時(shí)所產(chǎn)生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化而實(shí)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(guò)程中始終要施加壓力。進(jìn)行這一類電阻焊時(shí)，被焊工件的表面善對(duì)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(jìn)行清理。點(diǎn)焊、縫焊和凸焊的牾在于焊接電流（單相）大（幾千至幾萬(wàn)安培），通電時(shí)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(shí)所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接的方法。電子束焊接時(shí)，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(jìn)行。焊接準(zhǔn)備時(shí)間（主要是抽真空時(shí)間）較長(zhǎng)，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(diǎn)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(dá)300mm）構(gòu)件焊接。所有用其它焊接方法能進(jìn)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(jìn)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(diǎn)是不需要在真空中進(jìn)行，缺點(diǎn)則是穿透力不如電子束焊強(qiáng)。激光焊時(shí)能進(jìn)行精確的能量控制，因而可以實(shí)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(diǎn)比被焊材料的熔點(diǎn)低的金屬作釬料，經(jīng)過(guò)加熱使釬料熔化，靠毛細(xì)管作用將釬料及入到接頭接觸面的間隙內(nèi)，潤(rùn)濕被焊金屬表面，使液相與固相之間互擴(kuò)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(rùn)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(diǎn)時(shí)，稱為硬釬焊；低于450℃時(shí)，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(shí)由于加熱溫度比較低，故對(duì)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(qiáng)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(duì)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(jī)械能為焊接能源的摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、擴(kuò)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(guò)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(jìn)行。焊接時(shí)利用電流通過(guò)熔渣產(chǎn)生的電阻熱將工件端部熔化。根據(jù)焊接時(shí)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(diǎn)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(duì)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(jìn)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(shí)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(shí)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(shí)，高頻電流通過(guò)與工件機(jī)械接觸而傳入工件。感應(yīng)高頻焊時(shí)，高頻電流通過(guò)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(qiáng)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(dá)30m/min。主要用于制造管子時(shí)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(jiǎn)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(shí)將兩對(duì)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(shí)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(lái)實(shí)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(shí)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。可以用爆炸焊將冶金上不相容的兩種金屬焊成為各種過(guò)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(jī)械能為能源的固相焊接。它是利用兩表面間機(jī)械摩擦所產(chǎn)生的熱來(lái)實(shí)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(shí)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(jìn)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(jī)械能為能源的固相焊接方法。進(jìn)行超聲波焊時(shí)，焊接工件在較低的靜壓力下，由聲極發(fā)出的高頻振動(dòng)能使接合面產(chǎn)生強(qiáng)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(shí)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(kuò)散焊擴(kuò)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(hù)氣氛下進(jìn)行。焊接時(shí)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(shí)間，以達(dá)到原子間距離，經(jīng)過(guò)原子樸素相互擴(kuò)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(kuò)散焊對(duì)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(kuò)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(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，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(gè)重要問(wèn)題，尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)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(gè)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(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。
4、離焦量對(duì)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?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對(duì)均勻。
離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)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(wèn)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(shí)，高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。