激光焊接的原理主要基于 激光束的高能量密度,通过聚焦或照射在工件表面,产生高温使材料熔化并形成焊缝。激光焊接可以分为热传导型焊接和激光深熔焊接两种类型,具体原理如下:
热传导型焊接
当激光功率密度小于10^4~10^5 W/cm²时,激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散。
通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。
激光深熔焊接
当激光功率密度大于10^5~10^7 W/cm²时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊。
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像一个黑体,几乎吸收全部的入射光束能量,孔腔内平衡温度达到2500℃左右。
热量从高温孔腔的外壁传递出来,使包围着孔腔四周的金属熔化。孔壁外的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。
随着光束的移动,小孔始终处于流动的稳定状态,熔融金属充填着小孔移开后留下的空隙并随之冷凝,焊缝于是形成。
激光焊接的优点包括焊接质量高、速度快、焊接部位强度高、热影响区小、变形小,且焊缝平整、美观,无需后续处理或只需简单处理。这些特点使得激光焊接在薄壁材料、精密零件的焊接以及需要高能量密度和精确控制的场合具有显著优势。