【机械行业标准(JB)】 激光焊接工艺指南

ICS25.160.01
备案号：29449—2010
中华人民共和国机械行业标准　JB/T11063—2010
激光焊接工艺指南
Recommendationsforlaserbeamwelding(ISO/TR17671-6:2005,Welding —Recommendations forwelding ofmetallic materials - Part 6: Laser beam welding, MOD)2010-04-22发布
2010-10-01实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前言，
范围，
规范性引用文件
术语和定义
安全防护.
质量要求，
设备的验收检验，
保养、维护和校准
焊接操作人员的资质
焊接工艺规程.
焊接工艺评定，
焊接材料
填充金属
保护气体.
产品或结构的总体设计
接头设计，
接头制备..
激光焊..
特性、
优点和缺点
装配和夹具，
过程控制.
附录A（资料性附录）设备
激光工艺的描述
激光光源..
激光束的传输、整形和聚焦
激光束和工件产生相对运动的设备夹具.
冷却系统.
控制系统..
附录B（资料性附录）激光束的特性附录C（资料性附录）金属材料焊接性c.1
JB/T11063—2010
JB/T11063—2010
黑色金属.
镍合金.
铝合金和镁合金
铜及铜合金
难熔金属和活性金属
钛及钛合金
异种金属
非金属
附录D（资料性附录）焊接缺欠产生的原因及防止措施附录E（资料性附录）光束的控制和监测.E.1
光束对中和导引
光束功率
光束功率分布
喷嘴的对中
脉冲激光功率数据
操作系统
附录F（资料性附录）激光加工
激光切割.
激光打孔.
激光表面处理，
激光堆焊.
激光打标和雕刻...
引入板和引出板..
双焦点透镜原理.
光束传播和特征方程参数的定义质量标准
激光设备的验收检验
CO2激光
灯泵浦Nd：YAG激光
二极管泵浦Nd：YAG激光
高功率二极管阵列激光
产生相对运动的典型解决方案
最小的锰硫比率...
焊接缺欠产生的原因及防止措施切割气体
版）。
本标准修改采用ISO/TR17671-6：2005《焊接金属材料焊接推荐工艺Www.bzxZ.net
JB/T11063—2010
第6部分：激光焊》（英文
本标准与ISO/TR17671-6：2
2005相比，在技术内容方面存在如下主要差异：要求激光焊的环境条件和安全防护措施符合相关标准或法规要求；激光设备的维护保养按照设备供货商的应用手册进行；-删除了ISO/TR17671-6：2005引用的焊接材料标准、气体标准和激光设备标准，考虑到我国的实际情况，这部分内容按照我国相关标准规定要求。为了便于使用，本标准做了下列编辑性改动：删除了国际标准的前言：
将标准名称改为“激光焊接工艺指南”；对ISO/TR17671-6：2005中引用的其他国际标准，有被等同采用为我国标准的用我国标准代替对应的国际标准。
本标准的附录A、附录B、！
附录C、附录D、附录E和附录F为资料性附录，本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国焊接标准化技术委员会（SAC/TC55）归口。本标准起草单位：西北工业大学、哈尔滨焊接研究所、上海交通大学。本标准主要起草人：刘金合、吴毅雄、王旭友、王威、雷振。本标准为首次发布。
1范围
激光焊接工艺指南
本标准规定了激光焊的推荐工艺方法。JB/T11063—2010
本标准适用于各类金属材料（包括铸件、锻件及其他成形材料）的激光焊。其他激光加工方法的工艺指南可参见附录F。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准GB/T3375焊接术语
GB/T6417.1—2005金属熔化焊接头缺欠分类及说明（ISO6520-1：1998，IDT）金属材料熔焊质量要求第2部分：完整质量要求（GB/T12467.2一2009，ISOGB/T12467.2
3834-2:2005,IDT)
GB/T19804—2005
GB/T19805—2005
GB/T19866—2005
GB/T19867.4—2008
GB/T19868.4—2005
GB/T22085.1—2008
1996，IDT)
GB/T22085.2—2008
13919-2:2001，IDT)
ISO9013:2002
焊接结构的一般尺寸公差和形位公差（ISO13920：1996，IDT）焊接操作工技能评定（ISO14732：1998，IDT）焊接工艺规程及评定的一般原则（ISO15607：2003，IDT）激光焊接工艺规程（ISO15609-4：2004，IDT）基于预生产焊接试验的工艺评定（ISO15613：2004，IDT）电子束及激光焊接接头缺欠质量分级指南第1部分：钢（ISO13919-1：电子束及激光焊接接头缺欠质量分级指南第2部分：铝及铝合金（ISO热切割分类几何产品技术条件及质量公差热切割
ISO 15614-11:2002
激光焊
ISO 15616-1:2003
ISO 15616-2:2003
ISO 15616-3:2003
的标定
ISO17662：2005
ISO22827-1:2005
ISO22827-2:2005
第11部分：电子束及
金属材料焊接工艺规程及评定焊接工艺评定试验高能束焊接及切割用CO2激光机的验收试验第1部分：一般原则、验收条高能束焊接及切割用CO2激光机的验收试验第2部分：静态及动态精度测高能束焊接及切割用CO2激光机的验收试验第3部分：流量及压力测量仪焊接设备（及其操作）的校准、核定及有效性确认焊接
固体激光焊机的验收试验光纤传送设备第1部分：激光器
固体激光焊机的验收试验
光纤传送设备
ISO/TR15608:2005
焊接金属材料分类指南
3术语和定义
GB/T3375和GB/T19866中确立的术语和定义适用于本标准。第2部分：行走装置
JB/T11063—2010
安全防护
激光焊的环境条件及安全防护措施应符合相关标准或法规的要求。质量要求
激光焊属于控制程序复杂的工艺过程。其质量控制要求应参照GB/T12467.2的规定。激光焊接接头的缺欠质量等级及相关质量要求可参照相关标准规定，具体详见表1。1质量标准
要求及公差
激光焊缝的质量要求
切割表面的质量要求
普通公差
总体要求
标准编号
GB/T22085.1
GB/T22085.2
ISO 9013
GB/T19804
GB/T12467.2
有关激光设备的一般规定参见附录A。激光束的特性要求参见附录B。设备的验收检验
激光设备的验收检验应按照相关标准进行，具体参见表2。
激光设备的验收检验
设备类型
CO2激光设备
Nd：YAG激光设备
保养、维护和校准
设备的保养、维护和校准应参照设备供货商的应用手册。1
焊接操作人员的资质
标准编号
ISO 15616-1
ISO 15616-2
ISO 15616-3
ISO22827-1
ISO 22827-2
焊接操作人员应按照GB/T19805进行技能评定，并取得相应的资质。焊接工艺规程
GB/T19867.4规定了激光焊接工艺规程的具体内容。其他激光加工方法（如切割、打孔、表面处理和堆焊等）也可参照执行。
焊接工艺评定
激光焊的工艺评定应按照ISO15614-11进行。10
焊接材料
填充金属
激光焊及堆焊所使用的填充金属（焊丝和合金粉末）应符合相关标准规定。10.2保护气体
JB/T11063—2010
激光焊接所使用的气体需要具备保护焊缝和抑制等离子体的双重功效，应做特殊考虑。11设计
11.1产品或结构的总体设计
应重点考虑确保焊缝的可达性。聚焦头与焊缝表面应有一定的距离。当采用保护气和抑制等离子体的气体时，喷嘴要靠近焊缝表面。传感器的使用提高了对可达性的要求。11.2接头设计
激光焊对接接头通常不开坡口。T形接头也类似，但通常不必全焊透。搭接接头通常用于激光点焊。不论采用哪种接头形式，焊件均应精确定位。为避免飞溅和咬边，可以采用衬垫。11.3接头制备
激光焊的质量与装配精度和焊接坡口的清洁度密切相关。坡口可以采用机械或切割方法加工。应仔细清除待焊部位的氧化物和油污等。清理方法主要有：用溶剂手工脱脂：
在封闭的溶剂蒸汽室或者超声波液浸槽中清洗：先在微碱性蒸汽中进行预处理，然后烘干：酸洗、中和，在蒸馏水中洗涤，烘干，然后短期保存；用钢丝刷等进行机械清理；
通过散焦的激光束清除焊缝附近的涂层，速度可达100mm/s以上；对焊接区的表面镀层首选机械加工处理。为消除焊接开始处和结尾处的凹坑，应该使用引入板和引出板（见图1）。引入板和引出板也能防止工件端部的过热。引入板和引出板与工件应接触良好，焊后去除。N
1——引入板：2-
12激光焊
12.1特性
12.1.1类型
工件：3—引出板：4一焊接开始区：5—焊接结束区。图1引入板和引出板
激光焊常用于深熔焊接。深熔焊接要求具有高功率密度，能够使材料蒸发。通过蒸气压力产生一个近似圆简状的深孔。深孔壁被熔化的金属覆盖。材料在深孔前部熔化，流向深孔的后缘，凝固后形成焊缝，一小部分沿着激光束的轴线方向被蒸发或者形成飞溅。深熔焊常用于厚工件的熔透和不完全熔透对接焊。
热传导焊接时的功率密度不足以形成深孔，热量分布和电弧焊很相似。当低功率密度的激光散焦或n
JB/T11063—2010
者摆动时就呈热传导焊接。焊缝横截面近似成半圆形，熔宽约为熔深的两倍。当热输入散布在更大的面积上时，熔宽将大于熔深的两倍。在激光涂敷中会用到相似的技术，这时的熔深通常是极小值。激光点焊时常采用脉冲激光，每点的焊接时间为毫秒级。焊缝横截面的轮廓一般介于热传导焊和深熔焊之间。
12.1.2能量传输
激光能量使金属熔化并且产生深孔（深熔焊接）。深熔焊接时传递到母材上的能量主要受以下两个因素影响：
一部分激光能量被母材和液体金属的表面反射。一产生气化的金属蒸气云和（或）等离子体云（CO激光焊中）的负面效应。激光束被母材反射的能量取决于表面的微观状况（例如表面的粗糙度）和表面温度。对于光滑表面用波长大于1um的激光在室温下焊接时，反射率高达90%。对于更短波长的光和反射率不是很大的表面，反射率小于50%。当激光能量足以产生深孔时，反射的作用就变得不很重要。对高功率和高光束质量的激光，材料的反射率没那么重要：反射会引起过程不稳定以及不能产生深孔。高功率CO激光会产生很高的温度，以至于一部分金属蒸气被电离，在匙孔上方生成等离子体云。等离子体云会削弱激光能量，通常的预防办法是侧吹氢气。He是抑制等离子体的首选气体，其他气体如N或Ar也常采用。尽管等离子体并没有被完全抑制，但会使焊接过程更稳定、
高蒸气压的元素成分容易蒸发，和母材相比，其含量在焊缝中被降低。12.1.3脉冲激光焊
脉冲激光焊可用于点焊。对较厚的材料，可以用高峰值功率的脉冲进行深熔焊接，然而，焊接速度要低于连续输出的大功率激光焊。12.1.4光束摆动
激光束摆动可以加大焊缝宽度，也有益于有间隙接缝的桥接。焊缝截面随着冷却速率的减小而增大。12.1.5斜坡上升
数控的激光可实现上坡和下坡，和焦点控制一起被用来在开始和停止的位置获得满意的焊缝；这在环形焊缝和行星轨道焊缝中很重要。12.1.6激光束的聚焦
激光束通常聚焦在母材的表面或表面附近。12.1.7保护气体
很多应用中都需要保护气体。焊接熔池、熔池后方和熔池下方（熔透焊中）可能都需要保护。应该用适当设计的喷嘴。是否需要保护气体以及保护气体的类型取决于被焊材料。高温部分金属被有效的防护是至关重要的，例如当焊接不锈钢时，通过保护气体来保证其耐蚀性。但对低碳钢的完全熔透焊，在焊缝的根部不需要任何保护气体。薄板的高速焊接也可以在没有保护气体的情况下进行。12.1.8焊接材料的使用
对具有间隙的焊缝，为了避免未焊满，需要采用焊接材料。有时出于冶金原因也需要使用焊接材料。焊丝需要进行精确定位。激光电弧复合焊可以提供更好的工艺方案。12.1.9复合方法
复合焊接是指激光焊和电弧焊（等离子弧焊、TIG焊、MAG焊）等的结合。复合焊接具有热输入低，焊接速度快的特点。
12.2优点和缺点
和其他熔焊相比，激光深熔焊的优点是熔化的金属少，热输入小，热影响区很窄，变形极小，焊接速度快。在钢板上进行的单面对接穿透焊，熔深可达25mm左右。和电子束焊相比，激光焊的优势是可以在大气环境中进行，并且没有X射线的产生。4
JB/T11063—2010
主要缺点是：对某些材料，过高的冷却速率不可接受；某些材料会出现裂纹和气孔；对表面反射能力过强的材料难以施焊；激光光源的效率普遍太低，总的能源消耗是激光能的10倍～30倍；不适宜手工焊接：焊缝中的高蒸气压成分由于蒸发而减少：对焊缝预处理要求严格；对焊缝定位或者对焊缝轨迹跟踪的要求高；表面涂层会导致焊接缺欠等。12.3
装配和夹具
传统的夹具、机械手、X一Y工作台都可以用在激光焊中。对高精度焊件和有严格的焊接要求时，夹具的精度见ISO15616-1、ISO15616-2、ISO15616-3的规定。12.4过程控制
激光焊在数控下进行。采用传感器动态地调整光束与工件间的运动轨迹，才能在焊接过程中进行调节或反馈。传感器安装在工作台上，通过观测，诸如从焊接区发出的二次光的光强和光谱来监测焊接过程。
5检验
ISO15614-11给出了相关的破坏性试验标准。激光焊接头的检验可参照相关标准或产品规程进行。S缺欠
GB/T6417.1规定了各类缺欠的定义，在钢和铝合金激光焊接头中，这些缺欠的质量等级应分别符合GB/T22085.1和GB/T22085.2的规定。JB/T11063—2010
A.1激光工艺的描述
（资料性附录）
激光器是产生激光的最重要的设备，激光的谱线宽度很窄，功率也很高，可以用作焊接、切割、表面处理和打孔。从这个观点来看，可以把激光器当作一个黑盒子，日常的保养、校准和维修很重要。对于每一个单独的激光器，用户手册（维修手册）是值得参考的。所有的激光设备都包括一个谐振腔，光在谐振腔中产生并被放大。构成谐振腔的是全反镜、部分反射镜和其他器件。谐振腔中有可以产生激光的介质，产生的光有连续的和脉冲的。谐振腔只允许一部分透射出来形成真正的激光束。
外界能源把能量传送到谐振腔中的介质中（进行能量“泵浦”）。外界能量并不能100%地转化为激光，其余的能量必须通过冷却机构进行交换。A.1.2组成
激光光源只是整体装置的一部分。所有的激光加工都包括机械化、自动化和机器人装置。个典型的激光加工设备包括下列几类典型组件：激光光源：
导向、光束整型和聚焦设备；
使激光束和工件产生相对运动的设备：夹持工件的装夹设备：
冷却系统：
控制系统。
激光光源
CO,激光（参见表A.1)
表A.1CO2激光
主要特性
技术发展情况
谐振腔中的
激光激活介质
光束功率
光学器件
CO，激光在商业上已经使用了很多年，是一种很成熟的技术容器中包含CO2、N2、He和其他一些可能的气体，CO2是激活介质脉冲闪光灯：连续放电灯
CO2激光器发出的激光属于波谱中的红外部分（10.6μm），能被大多数材料吸收。这使得CO2激光器可以加工的材料范围很广对于连续波长的激光来说，现有的技术限制大约为50kW。脉冲激光的最大频率可能是100kHz。对大功率激光源而言，峰值功率和连续激光器的最大功率差不多一样激光束的波长意味着它也能够被玻璃等物质吸收，因此必须用特殊的材料作光学透射元件，例如输出窗口或者透镜。可以用铜镜作全反射光学元件。不能用光纤谐振腔中的气体会随着时间而蜕变，因此它们必须不断地更新而被消耗。不过工作时需要的气体量主要依赖于实际的激光器设计可达输入能量的5%～15%
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