雷射熔接

課程大綱

原理與特徵

品質控制

熔接類型

參考資料

[1]蔡宗河﹐CO2雷射加工﹐ISBN=957-21-0838-7﹐全華科技圖書股份有限公司﹐2001。

[2]川澄博通﹐雷射加工技術﹐復漢出版社﹐1990。[3]張振燦﹐雷射與加工﹐亞太圖書出版社﹐1986。[4]林三寶﹐雷射原理與應用﹐ISBN=957-21-2030-1﹐全華科技圖書股份有限公司﹐2002。

原理與特徵

雷射加工步驟

加熱 熔化 汽化 電離

雷射熔融

加熱

熔融

最佳熔接

汽化

銅的三相圖

銅的熔點與沸點

沸點

雷射功率密度與加工時間關係圖

雷射加工條件

熔融層

雷射功率與熔融深度的關係雷射功率大則熔融能量大﹐因此達表面汽化所需時間較短﹐熔化深度也較淺。

汽化時間

雷射波長與反射率關係

一般而言﹐雷射加工於金屬表面﹐雷射波長越長其反射率越大﹐此現象在金屬熔融以後﹐反射率便急劇下降。

雷射吸收率與金屬表面狀態關係

雷射熔接原理

雷射熔接的原理將雷射光聚焦加熱於工件表面﹐工件表面由加熱到熔融時便可進行熔接﹐在成功熔接的工件移動速度即熔接速度。

雷射熔接優點

雷射熔接優點

雷射熔接注意事項

相異金屬間的雷射可焊性

雷射焊接選擇參數

雷射焊接選擇參數

雷射焊接深度與雷射功率

低功率雷射僅能做表面焊接﹐如縫焊﹑接焊﹑疊焊等。

雷射焊接選擇參數

熔融深度與熔接速度﹑雷射功率關係

熔融深度與熔接速度關係

熔接方式

溶入熔接與傳導熔接差異

非金屬熔接

非金屬熔接

非金屬材料一般以接著的方式進行接合﹐並不需要進行熔接﹐但是如果是在高溫使用的非金屬材料如陶瓷或不易接著的材料﹐則可嘗試以雷射進行熔接﹐如鋁陶瓷材料可以使用CO2雷射進行熔接﹐因為鋁對CO2雷射的吸收率最高。

品質控制

雷射模態對加工影響

雷射模態對加工影響單一模態雷射因能量較集中而有較大的熔接速度。

焦距長短與熔入深度關係

於淺表層雷射熔融加工上﹐短焦距所聚焦光點小﹐能量匯聚集中﹐熔入深度大﹔另外﹐大功率雷射也有較大的熔入深度。

聚焦位置與熔入深度關係

雷射聚焦位置與熔融加工深度有很直接的關係﹐由圖11.4得知﹐聚焦點接觸工件於Z約在-1mm到-2mm間有最大熔入深度﹐當聚焦點與工件接觸處遠離此區時﹐熔入深度也逐漸變小﹔另外﹐在較深層熔融時﹐長焦距因聚焦縱深較大﹐因此也有較深的熔入深度。

熔入深度與熔接速度關係

一般來說﹐雷射功率大則熔入深度也大﹐而熔入深度大因能量被吸收大而造成熔接速度變慢。

熔入深度與熔接速度關係

熔入深度與雷射功率關係

一般來說﹐雷射功率大則熔入深度也大。

遮蔽氣體應用

1.防止熔接金屬氧化﹑氮化。

2.防止熔接金屬蒸汽電離。

3.防止焊濺污損透鏡。

側邊氣流應用

為防止熔接時金屬蒸汽吸收過多光能而被電離﹐於熔接加工時加上測邊氣流以散金屬蒸汽﹐當快速熔接時﹐因工件移動速度加快而不易產生電離﹐因此可不必使用側邊氣流。

雷射焊接比較

圖形11.11所示為雷射焊接與TIG焊接(氬焊)對工件應力所產生的影響比較﹐圖中﹐以雷射焊接對工件所產生的應力變化幾乎為零﹐主要原因是雷射焊接所進入工件的熱能較小未對工件特性產生破壞之故。

雷射焊接與TIG焊接比較雷射熔接為急熱與急冷過程﹐而且熔接寬度較小﹐因此熔接處硬度分佈較狹窄。

熔接類型

光束掃瞄熔接

雷射焊接因焊珠寬度小﹐因此在對接時易產生間隙﹐或偏離熔接線﹐需注意對接工件間的間隙大小﹐必要時需提供熔接線填補。

光束掃瞄熔接

光束掃瞄熔接主要是擴大熔接焊珠寬度以強化兩熔接工件的結合﹐可採圓弧掃瞄或直線掃瞄等方式。

對接掃瞄熔接

對接掃瞄熔接

熔接雷射種類

熔接雷射種類

CO2雷射熔接資料

各種零件熔接

各種零件熔接

密閉容器內的熔接

密閉容器內的熔接

結論

結論

雷射熔接因其精準﹑非接觸﹑快速等優勢﹐目前已被應用在許多領域﹐如汽車材料與車體的焊接﹑飛機工業等等﹐雷射焊接主要貴在設備﹐焊接材料則比傳統焊接便宜。