一、激光深熔焊接的原理

激光作用于金屬表面,當(dāng)金屬表面上的功率密度達(dá)到10⁷W/cm²及以上，這個(gè)數(shù)量級(jí)的人射功率密度可以在極短的時(shí)間內(nèi)使加熱區(qū)的金屬汽化，從而在液態(tài)熔池中形成-個(gè)小孔,稱之為匙孔。光束可以直接進(jìn)入匙孔內(nèi)部，通過匙孔的傳熱，獲得較大的焊接熔深。匙孔現(xiàn)象發(fā)生在材料熔化和汽化的臨界點(diǎn)，氣態(tài)金屬產(chǎn)生的蒸氣壓力很高，足以克服液態(tài)金屬的表面張力并把熔融的金屬吹向四周，形成匙孔或孔穴。由于激光在匙孔內(nèi)的多重反射，匙孔幾乎可以吸收全部的激光能量，再經(jīng)內(nèi)壁以熱傳導(dǎo)的方式通過熔融金屬傳到周圍固態(tài)金屬中去。當(dāng)工件相對(duì)于激光束移動(dòng)時(shí)，液態(tài)金屬在小孔后方流動(dòng)、逐漸凝固,形成焊縫,這種焊接機(jī)制成為深熔焊，是激光焊接中最常用的焊接模式。

與激光熱傳導(dǎo)焊接相比，激光深熔焊需要更高的激光功率密度，一般需要連續(xù)輸出的CO2激光器，激光功率為2000~3000W。

采用激光深熔焊時(shí)，激光能量是通過小孔吸引而傳遞給被焊工件的。小孔作為一個(gè)黑體，使激光束的能量傳到焊縫深部。隨著小孔溫度升高，孔內(nèi)金屬汽化，金屬蒸氣的壓力使熔化的金屬液體沿小孔壁移動(dòng)，形成焊縫的過程與熱傳導(dǎo)型的激光焊接明顯不同。在熱傳導(dǎo)型激光焊接時(shí)激光能量只被金屬表面吸收，通過熱傳導(dǎo)向材料內(nèi)部擴(kuò)散。

二、激光深熔焊的特征及優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)

激光深熔焊具有下述特征。

(1)大的深寬比。因?yàn)槿廴诮饘賴鴪A柱形高溫蒸氣腔體形成并延伸向工件，焊縫就變得深而窄。

(2)最小熱傳輸。由于聚焦激光束比常規(guī)方法具有高的功率密度，導(dǎo)致焊接速度快,熱影響區(qū)和變形都比較小。

(3)高致密性。充滿高溫蒸氣的小孔有利于焊接熔池?cái)嚢韬蜌怏w逸出，導(dǎo)致生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織細(xì)微化。

(4)強(qiáng)固焊縫。因?yàn)樽茻釤嵩春蛯?duì)非金屬組分的充分吸收，從而降低雜質(zhì)含量、改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布。焊接過程中無須電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染少,使焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬。

(5)非接觸、大氣焊接過程。因?yàn)槟芰縼碜怨庾邮?，與工件無物理接觸，因此沒有外力施加于工件。另外，磁和空氣對(duì)激光都無影響。