1引言
镀锌钢的镀锌层不但具有物理屏蔽作用，而且对钢基体还起到了电化学保护作用，其良好的抗腐蚀性能使得镀锌钢在许多领域得到广泛的应用，包括电力、交通、建筑、化工、通风供热设施以及家具制造等行业。尤其在汽车制造中，各种普通镀锌钢，高强度镀锌钢，超高强度镀锌钢的应用大幅提高了车身等部件的抗腐蚀性能和汽车的使用寿命。然而，因镀锌钢中镀锌层的存在，使得镀锌钢的焊接工艺性大为降低。原因是在镀锌钢的焊接过程中，镀层锌和基体钢物理特性的极大差异（镀锌层锌的熔点是420度，沸点是908度，基体钢的熔点是1300 度，沸点是2861度），镀层锌的气化先于基体钢的熔化，这一现象对镀锌钢的焊接过程和质量都有很大影响。目前，镀锌钢的主要焊接工艺有三种：电阻电焊、电弧焊和激光焊接。对电阻点焊而言，由于镀锌层的存在，焊接时电极易于锌层合金化，降低了电极的寿命。而采用电弧焊焊接镀锌钢时，由于锌的低沸点，在电弧刚接触到镀锌层时，锌迅速气化，产生的锌蒸气向外喷射，很容易使焊接产生熔渣粒子、气孔、飞溅、未熔合及裂纹等焊接缺陷，电弧的稳定性也因此受到影响，焊接质量下降，同时焊接过程中还会产生大量烟雾灰尘。另外，由于电弧焊的焊缝宽度较大，且热输入量大，镀层锌的大量气化降低了镀锌钢焊缝处的抗腐蚀性能。镀锌钢采用激光焊接时，同样存在镀锌层的气化，以及焊接气孔、飞溅、未熔合等缺陷。但激光焊接与电阻点焊和电弧焊相比，激光焊接单位热输入量少、热变形小、焊缝深宽比大、焊接速度高、焊缝强度普遍高于母材、镀层锌的损耗低，且激光焊接是单边加工、复杂结构适应性好、易于实现远程焊接和自动化。例如，德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃、美国通用、福特、意大利菲亚特、日本的日产、本田和丰田等汽车公司，都采用了激光焊接技术，建立了激光焊接生产线，在有的汽车生产中激光搭接焊缝已达到100米长。在国内汽
车厂家，只有少数几家企业（如：上海通用，一汽奥迪，大众等）引进国外的设备和技术，建立了激光焊接生产线。
本文以镀锌钢板为例，在分析镀锌钢板激光焊接特性的基础上，综述了提高镀锌钢板焊接质量的工艺措施，焊接过程的优化仿真及焊接质量的在线检测与控制。
2镀锌钢板激光焊接特性
激光焊接过程，根据焊接机理的不同可以分为两类：热传导焊与深熔焊。两者
之间的根本区别就是是否存在焊接小孔。激光焊接镀锌钢板时，一般采用深熔焊接。但由于镀锌钢板中镀层锌的存在，激光深熔焊接镀锌钢板的过程存在两种特有的焊接特征：锌蒸气和锌等离子体。
(1) 锌蒸气
当高能量密度的激光束照射到工件表面时，工件吸收激光能量，温度迅速升高，由于锌的低沸点，镀锌钢板的镀层锌极易气化而形成锌蒸气。当锌蒸气被压入焊接熔池时，对熔池产生扰动，熔池中的气泡不易排出，对焊接过程的影响最
大。因为激光焊接熔池的冷却速度很快，熔池凝固时间很短，熔池中的气泡极易使焊缝产生焊接缺陷，如飞溅、熔渣、气孔、未熔合，影响焊缝成形，降低焊缝质量。同时，锌的蒸发使镀锌层的含锌量减少，对镀锌层的防腐性也有一定的影响；还有文献中提到锌层的蒸气对人体有害，影响工作环境。因此解决锌蒸气问题成为镀锌钢板激光焊接的根本问题。
镀锌钢板的激光焊接过程中，锌蒸气的产生可以分为两类：①上表层锌和下表层锌的气化；②叠层搭接焊时中间层锌的气化(如图1所示)。上下表层锌蒸发而产生的锌蒸气膨胀并向空中自由扩散，对焊接质量无直接影响。镀锌钢板叠层搭接焊中，中间镀锌层气化产生的锌蒸气的膨胀扩散途径有三种：①经由板间间隙膨胀扩散至空气中；②经由焊接小孔膨胀扩散至空气中；③锌蒸气被压入焊接熔池。对于镀锌钢板叠层搭接焊锌蒸气经由板间间隙扩散排出的方式，合适的板间间隙值是控制锌蒸气排出的关键因素，间隙值的选取见本文第三部分第一节第二点板间间隙法。锌蒸气经由焊接小孔排出是另一种有效的途径。但是，焊接
小孔是细长小孔且焊接速度较快，有时锌蒸气无法通过板间间隙和焊接小孔完全排出而被强大的蒸气压力压入焊接熔池，形成熔池中的气泡。当熔池凝固时间足够长，气泡会随熔池的搅拌从内部熔池向熔池表面移动并最终排出到空气中；但如果熔池凝固时间短，熔池中锌蒸气的气泡在向熔池外移动和挤压过程中容易形成飞溅和熔渣，或者留在熔池内形成焊缝中的气孔，严重时会在板间形成大气泡，阻碍板间的熔合。实际镀锌钢板的激光焊接过程中，锌蒸气的迅速产生且蒸气压力大，锌蒸气同时经由上述三种扩散途径排出。
图1锌蒸气的扩散.(a)上下表层锌蒸气扩散；(b)中间层锌蒸气扩散Fig. 1 The diffusion of zinc vapor. (a) On top and bottom surface ；
(b) In middle layer.
(2) 锌等离子体
光致等离子体是激光深熔焊接的重要特征。当激光束照射到镀锌钢板上，表层锌和基体钢吸收激光并迅速气化，形成锌和铁的混合金属蒸气。金属蒸气在激光的辐照作用下电离并形成等离子体。由于锌的气化温度低于铁的气化温度，锌蒸气比铁蒸气更容易产生，锌蒸气气压比铁蒸气气压高8个数量级；同时当等
离子体温度在10000K时，锌等离子体的电子密度比铁等离子体的电子密度大2个数量级(Zn： 2.2x25450px-3, Fe : 4.1x25400px-3 )。因此有文献认为,锌的蒸气将加剧等离子体的产生，是镀锌钢板激光焊接时大量等离子体存在的主要原因。然而，也有文献从理论计算探讨锌蒸气问题时发现：在相同的条件下，锌比铁的蒸气密度约小25%而锌的电离能(9.36eV)比铁(7.83eV)大,所以在被激光辐照气化的金属蒸气中，锌并不比铁优先电离，也就是说锌蒸气并不加速等离子体的形成。正是因为锌蒸气不易电离，使得在焊接过程中可观察到大量锌蒸气的存在。
无论锌是否加剧了等离子体的产生，在镀锌钢板激光焊接过程中仍然有大量的光致等离子体存在。等离子体对激光束有严重的阻隔作用，它不但对激光束有散射作用，而且会吸收激光能量，使得照射到工件上的能量减少，影响焊接小孔稳定形成，从而降低了焊接过程的稳定性。有关镀锌钢激光焊接的锌行为研究，特别是锌等离子体和小孔效应的实验研究目前比较缺乏。有文献分别对焊接小孔
内和小孔外的等离子体做了研究，得出一定浓度的小孔孔内等离子体对激光能量的吸收是有利的，而孔外的等离子体云对焊接过程中激光能量的吸收有屏蔽作用。
3镀锌钢板激光焊接质量的提高方法
激光焊接与传统的焊接方式相比，焊接过程更加复杂，包括材料对激光的吸收、材料的固态加热及相变(熔化、汽化)、小孔和等离子体的形成及其在激光能量耦合和传输过程中的作用、小孔内材料蒸汽和熔池内液态材料的流动、材料热物理参数的变化、小孔的稳定性、熔池表面的变形以及各种焊接工艺参数对焊接质量的影响等诸多方面。如本文第二部分所述，激光焊接镀锌钢板时存在锌蒸气和锌等离子体，焊接稳定性减低，焊接时易产生多种焊接缺陷，从而增加了激光焊接过程和焊接质量的控制难度。锌蒸气的抑制和等离子体的控制是实现镀锌钢板激光焊接的关键技术。国内外许多科研工作者开展了镀锌钢板激光焊接的研究，提高激光焊接镀锌钢板焊接质量的方法可以分为：①寻求特定的工艺措施；②工艺参数优化和焊接过程仿真优化；③在线检测控制。
3.1寻求特定的工艺措施
镀锌钢板激光焊接过程中锌蒸气对焊接质量的影响最大，因此采取相应措施减少锌蒸气的影响是提高镀锌钢激光焊接质量的首要任务。一般而言，镀锌钢板激光焊接接头的形式有以下几种：搭接、对接、角接、卷边接头等。而实际生产
中，叠层搭接接头形式应用最多，且锌蒸气对该种接头形式的焊接质量影响最为严重。文献中有关解决镀锌钢激光焊接时锌蒸气问题的各种特定工艺措施，其根本途径有两类：①激光焊接过程中不产生锌蒸气或产生极少量的锌蒸气；②使产生的锌蒸气尽可能的顺利排出到空气中。锌蒸气的排出途径又主要有经由板间间隙排出、经由焊接小孔排出、熔池冒泡排出三种方式。同时，也有文献研究了锌蒸气排出的其他方式，如预先开排气孔、预先切割出排气缝。此外，减少等离子体对焊接过程的影响是提高镀锌钢板激光焊接中的另一个重要任务。
(1) 吹送保护气体
吹送保护气体是激光焊接中最常用的工艺措施，其方式有同轴吹气和侧吹气两种，其控制参数有保护气体种类、气体流速、侧吹方向、侧吹角度、喷嘴尺寸。保护气体在激光焊接中起到的作用主要有三个方面：①对焊缝进行保护，防止焊缝氧化并加快焊缝冷却；②在一定程度上抑制等离子体对焊接过程的影响；③防止溅射物和金属蒸汽对聚焦镜片的污染。同轴吹气保护，气流与焊接时产生的金属蒸汽和等离子体形成对流，降低蒸汽和等离子体的热量，同时增加小孔内的气压，抑制孔内的金属蒸汽和等离子体向孔外喷射，有利于焊接小孔的稳定和降低孔外等离子体的屏蔽作用。而侧吹气体保护，能够吹散熔池表面的等离子体和飞溅，减少焊缝表面缺陷。研究表明，镀锌钢板激光焊接时，合适的吹气方式和吹送气体参数有利于增加熔深，减少焊缝气孔，抑制等离子体的不利影响，得到好的焊缝成形和表面质量。
(2) 板间间隙法
镀锌钢板的叠层搭接激光焊，常在搭接的两层或多层板间留出一定间隙，以便中间镀层锌产生的锌蒸气顺利从间隙中排出。板间间隙法可以通过控制搭接板间的夹紧力控制板间间隙，在板间预夹薄层垫片保证夹紧后板间间隙值，或采用特殊的结构保证合适的间隙值如图2所示。
k”
*
图2 (a)节薄板间隙焊；(b)带圆弧结构间隙焊
Fig. 2 (a ) Gap welding of burl sheet metal ; (b ) Gap welding of the radius con
figurati on
也有文献提到在板间夹层粉末状材料，完全夹紧时锌蒸气能够从粉末间的间 隙排出。采用间隙法焊接时，关键就是板间间隙的控制，许多文献通过试验或理 论研究了焊接时板间间隙的问题。 间隙过小，锌蒸气不能完全经由间隙排出，焊 接过程容易产生焊接气孔、飞溅等缺陷，焊缝强度下降。间隙过大，锌蒸气可能 会阻隔焊缝熔合而产生假焊；或由于间隙太大，熔池金属材料因填充间隙而使焊 缝上表面凹陷，焊缝质量下降。对搭接焊间隙的研究，板间间隙常在0.1?0.2mm 但也视实际情况不同而定，如：镀层种类及厚度、母材厚度、激光束参数、焊接 速度等。有文献对镀锌钢激光搭接焊板间间隙进行了理论研究，
并建立了数学模
型
: ..
Laser b-eam g 連 Zinc vapour
-1/2
g=AVtZ ntp ⑴
其中g是间隙值，A是材料系数(镀锌钢板A=16.1sm-1/2 ), V是焊接速度，tZn是镀锌层的厚度，tp是焊接母材的厚度。虽然这种预留间隙的焊接方法在镀锌钢激光焊接时可以很好的排出锌蒸气，减少焊接气孔，能得到较好焊接
质量，但此方法需要预留间隙的间隙值的精度要求较高。对于曲面型镀锌钢板焊
接时，其间隙值更难以达到理论要求。
(3) 添加元素法
在镀锌钢板激光焊接中添加与锌发生化学反应的异种元素是抑制锌蒸气产生另一种有效途径。文献［11］中提及在保护气体Ar中混合加入少量02(2 - 5%), 利用氧气与锌反应而减少锌蒸气对焊接过程的影响，这种方法不足是增加了焊缝
的氧化。文献⑸ 采用三明治形式的搭接焊，预置铜粉在两层板间，利用铜与锌的冶金反应降低锌蒸气对焊接过程的影响。采用添加铜焊接镀锌钢板，通过焊接过程中的光谱分析表面，锌蒸气的产生明显减少，且焊缝抗腐蚀性和焊缝机械性能没有因铜的加入而降低。铜的添加显著增加了焊接过程的稳定性；添加铜粉的前后，焊缝中的气孔数量由10%笔低至1%
(4) 开排气孔的方法
开排气孔的方法是预先在需要焊接的母材上加工出排气小孔，从而使得激光
焊接镀锌钢板的过程中产生的锌蒸气能够从排气小孔中排出。文献［11］采用脉冲YAG激光预先在搭接板的下层板上打出合适的排气小孔，再用1500W连续CO2激光焊接双层搭接镀锌钢板。排气小孔与实际焊缝的位置及排气小孔尺寸是获得良好焊接质量的关键。Weichiat Chen通过有限元优化分析和焊接试验发现，焊接速度为9m/min，连续CO2激光焦点直径0.2mm预先在下层镀锌钢板上焊缝方向离焊缝中心0.14mm处打出直径为0.07mm的排气小孔，焊接时能得到好的焊接质量。激光焊接镀锌钢板采用开排气孔的方法焊接，能减少锌蒸气的影响，减少焊接气孔，得到的焊缝因熔融金属填满了所开的排气小孔形成类似于铆接的结构而增强了抗拉强度；而当焊接速度过高时，因排气小孔无法被熔融金属填满得到的焊缝抗拉强度反而下降。开排气孔的方法与预留间隙法相比，预留间隙法不适于实际生产，其间隙值大小难以保证；开排气孔方法能够解决锌蒸气问题，且焊缝强度更高、可实践性更好，不足的是需要额外开排气孔，增加了工序。
激光焊接的工艺参数及特性分析 一、激光焊接的工艺参数：1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接 一、激光焊接的工艺参数： 1、功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在104~106W/cm2。 2、激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。 3、激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。 4、离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离焦，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离做文章一相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。 二、激光焊接工艺方法： 1、片与片间的焊接。包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等4种工艺方法。
车身激光焊接接头设计型式与质量评价标准 一汽大众汽车有限公司规划部 韩立军 简介：激光焊接技术以其较高的能量密度、较快的焊接速度、较高的电弧稳定性和优质的焊缝成型在汽车车身制造过程中得到广泛应用，一汽大众迈腾车身的激光焊缝总长度达42m 。激光焊接技术的使用使车身的前撞、后撞、侧撞都能符合较高的设计要求，但在产品设计过程中，对焊接接头的设计和焊缝质量的评价标准以及焊后焊缝的返修也相应提出更高的要求。 关键词：车身；激光焊接；接头型式；质量评价标准 中图分类号：TG453 文献标识码：A 0 前言 从20世纪80年代开始，激光技术开始运用于汽车车身制造领域，主要是运用激光焊接车身。激光焊接设备使用的激光器主要有两大类：Nd:Y AG 固体激光器，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送； CO 2激光器，可以连续工作并输出很高的功率。 在开发激光焊接新技术方面，激光技术在车身制造过程中经历了不等厚板激光拼接技术、车身激光焊接技术、激光复合焊接技术的发展历程。与单一的激光熔焊技术相比，激光混合焊接技术具有显著的优点：高速焊接时电弧焊接的较高的稳定性、更大的熔深、较大缝隙的焊接能力、焊缝的韧性更好、通过焊丝可以调整焊缝组织结构等。焊缝的设计型式和焊缝标准的评价随着激光焊接技术的发展也不断进行着改变与完善，特别是近些年镀锌板、三层板和超高强钢板的广泛应用，对接头的设计型式提出了更高的要求，焊缝标准的评价也不断细化和优化，这不仅为制造优质的焊接车身提供了保证，也为焊缝的返修提供了理论依据。 目前，一汽大众公司在Audi C6、Golf A6、宝来、速腾、迈腾、Model X 等几乎所有品牌车型的车身制造过程中都不同程度地采用了激光切割、激光熔化焊接、激光复合焊接等先进的制造技术（如表1）。由于焊接部位不同，焊接接头的型式与评价标准也不尽相同，焊缝存在的焊接缺陷也不同，从而导致焊缝返修标准也存在一定差别。 表1 一汽大众车型激光焊接部位数据统计 以一汽大众迈腾车身为例，车身激光焊缝总长度高达42m ，焊缝的接头型式涉及顶盖激光钎焊时的对 接接头、前后风窗上沿的搭接I 型接头、后流水槽处的搭接角焊缝以及前端的角接角焊缝等诸多形式。由于焊缝的型式不同，激光焊接时的焊接方法、参数、评价标准和焊后返修的标准均有所不同（如图1）。 CADDY BORA A5 BORA A4 GOLF A4 AUDI C5 AUDI C6 AUDI B6 顶盖设备 V V V V V V 前端V V 白车身V 密封槽－侧围 V note: 侧围V 车门V 后盖 V V 221 1 1 1 应用工位 主焊 合计（27台） 1 表示HL4006D 表示HL3006D
激光焊接机的主要特性及工作原理 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接机的主要特性 20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 激光焊接与其它焊接技术相比， 激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件 二、激光焊接机的种类 激光焊接机又常称为激光焊机、雷射焊接机、镭射焊机、激光冷焊机、激光氩焊机、激光焊接设备等。按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动激光焊接设备）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机、振镜焊接机、手持式焊接机等，专用激光焊接设备有传感器焊机、矽钢片激光焊接设备、键盘激光焊接设备。 三、激光焊接机的工作原理 激光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池。它是一种新型的焊接方式，主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等，深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝平整、美观，焊后无需处理或只需简单处理，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化。
激光焊接的特点 一、激光焊接的主要特性 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄 壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效 应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。与 其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场， 光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透 明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于 大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近 几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的 推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为 更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激 光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达 不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导
应用背景 与传统焊接技术相比，激光焊接在焊接质量和效率等各方面都具有明显优势。由于激光束的光斑直径较小，使得激光束准确对中焊缝成为实现高质量焊接的前提。因此，准确跟踪焊缝是激光焊接的关键所在。机器视觉检测是焊缝跟踪的主要方法之一，通过高速视觉传感器拍摄动态熔池图像序列，获取熔池特征参数，分析焊缝路径偏差与熔池特征参数之间的内在规律，建立焊缝路径与激光束偏差实时测量的视觉模型。然后输出调整量给机器人控制器,控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 应用优势 1、拍摄过程缓慢，可以获取高度清晰的熔池特征参数； 2、可以控制机械手指引焊枪运行,实现自动跟踪。 拍摄效果 科天健已有多款高速相机用于焊缝跟踪项目应用中中，下面介绍两款常用高速相机。。
1、德国Optronis的CP80-4-M-500，该相机为Coaxpress接口，全分辨率为1696X1710下可达500fps，开窗分辨率为512X512时可达5000fps，它的这些特点可使拍摄画面更清晰，拍摄过程更缓慢。 图一CP80-4-M-500在5000fps@512X512下的拍摄效果 2、瑞士Photonfocus的MV-D1024E-160，该相机采用Photonfocus的LINLOG技术，动态范围高达120dB；在全分辨率1024*1024分辨率下可达150帧/秒；开窗分辨率256*256时，帧率达到2241帧/秒。在Linlog功能下能有效抑制强等离子干扰，在焊机电压、电流较小时可直接用相机拍摄，无需光学辅助系统即可得到对比度较好的图像，借助光学辅助手段可得到高清晰的、细节清晰的图像。 图二MV-D1024E-160相机的拍摄效果
激光拼焊板简介及特点及应用什么是激光拼焊板？ 拼焊板是将几块没有同材质、没有同厚度、没有同涂层的钢材焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的没有同要求。激光焊接凭着多项显着的优点，非常适合用于消耗拼焊板。 激光拼焊板简介--技术的发展 传统上汽车车身零件有两种成形方法：分离成形战整体成形。其中，分离成形方法是利用没有同的压机分别成形单个零件，然后将各个零件焊接起来组成目标部件。这种方法虽然提下了材料选择的灵活性，但同时也增加了冲压战加工本钱、装配本钱以及形状配合问题，并且由于点焊时材料的重迭额外增加了车身的重量。 整体成形方法则是在一台压机上将一块整体板同时成形几个零件。从车身结构设计的观点来看，每个车身零件具有没有同的厚度战抗腐蚀性能要求，假如是单一板成形，必须对所有零部件的材料采取相同的等级、镀层类型战材料厚度，导致对某些零件的选材裕度过大，从而增加了车身的重量，提下了本钱，并且还会增大成形易度。这是整体成形方法与分离成形方法相比的一大缺点。 为了降低车身重量、提下车身的装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压战装配本钱，减少车身零件的数目同时将其整体化是非常必要的。因而，一种同时克服传统分离成形方法战整体成形方法的缺点的消耗形式――拼焊板冲压成形发展起来了。 激光拼焊板简介-技术特点 以车门内板为例：为了保证功能的需要，车门内板的主体必须有必然的柔性，而门板的前、后部需要有必然的强度。假如采取传统的冲压成形方法就需要另外设计增强板，而采取拼焊技术，可先将三块没有同厚度的钢板拼焊成一块整板，便可冲压成形。
激光拼焊板技术是基于成生的激光焊接技术发展起来的现代加工工艺技术。激光焊接的下能密度、无填料、无搭接、深熔、速度快等特点，使得激光拼焊板技术具有以下特点：焊缝处的热应变值较低，热影响区小，通过激光束的聚焦给焊接边缘提供需要的下能量，聚焦点的直径可以达到零点几个毫米，保留杰出的材料成形性能；焊缝较狭窄且平整，消除成形过程的没有利影响，避免了破坏工具、模具的危险；焊接消耗效率下，能够真现下度自动化。 激光拼焊板消耗装备首要有：传送装置、激光焊接装备、机械手、在线无损检测装备等。一般根据产量的没有同，可以采取没有同的装备组合。 激光焊接的首要工艺流程：卷料开平→落料→激光焊接→冲窝(假如需要)→堆垛包装激光拼焊板简介-技术上风 采取激光拼焊板可以给汽车制造业带来巨大的经济效益，如车身装配中的大量点焊，把两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度需要16mm，而激光拼焊板无需搭接，点焊改为激光拼焊技术可以节省钢材，节省的用量视采取拼焊板的数量而定；用传统点焊焊接两片0.8mm的钢板冲压件，平均是20点/min，焊距是25mm，速度则为0.5m/min，这会耗费相当的时间，采取激光拼焊板替代点焊工艺后所需要的时间可以得到大量节省、焊接质量得到质的提下。 零件数量的减少，以及随之而来的消耗装备战制造工艺简化，大大提下了消耗效率，降低整车制造及装配本钱；由于产品的没有同零件在成形前即通过激光连气儿焊接工艺焊接在一起，因而提下了产品的精度，大大降低了零部件的制造及装配公差；通过部件的优化减轻了重量，从而降低油耗，处于环保时代，这一点非常重要；由于没有再需要增强板，也没有搭接接缝，大大提下了装配件的抗腐蚀性能；通过消除搭接提下部件的耐腐蚀能力，大大减少了密封措施的使用；通过对材料厚度以及质量的严格筛选，在材料强度战抗冲击
一、工艺特点及其影响因素 1、激光的投入能量密度。调整激光照射能量密度的方法主要有： A、调整激光输出能量（调整激发电压） B、调整光斑大小（调节出射焦距） C、改变光斑中的能量分布（改变光纤类型：峰形输出型——GI型光纤、梯形输出型―SI型光纤） D、改变出射脉冲的宽度和波形 2、材料反射率 大多数金属在激光开始照射时，会将大部分激光能量反射掉，所以，焊接过程开始的瞬间，要相应提高光束的功率。采用脉 冲激光缝悍二艺时，可以通过接入引弧板来保证整个焊接段的品质一致性。当金属表面开始熔化或汽化后，其反射率迅速降低。 二、影响材料对激光束吸收的主要因素 1、温度 室温时金属材料两激光的吸收率一般在20℃以下；当金属温度达到烙点产生熔融和气化后吸收率上升到40~50%；当接近沸点 时吸收率可高达90%。 材料的直流电阻率 材料对激光的吸收率与材料的直流电阻率的平方根成正比、与激光彼长的平方根成反比关系。 2、激光束的入射角 入射角越大，吸收率越小。当激光垂直于金属表面照射时，金属对激光的吸收率最大。但通常为了保护激光出射镜头，需要 维持一定的入射角。 村料的表面状态 为了低反射率，可在金属表面涂上薄薄一层全属粉，但两者必须是能够形成合金的。如饭、金、银可覆盖薄锐层，此时在同 样熔深的情况下，焊接所需的能量大约为原来铜、金、银所需的四分一。 3、聚焦性和离焦量 品质优良的YAG激光焊接装置，其聚焦性（光斑大小）是通过装置本身的光路同轴精度、输出光纤和出射头的成像比等来保 证。 以激光出射焦点正好落在工作上面时的位置为零。离焦量是指焦点离开这个零点的
距离量。焦点位置超过零点位置时叫负离 焦（焦点深入到工件内部），其距离值为负离焦量。反之，焦点不到零点的距离数值为正离焦量。要获得较大的熔深，可将焦点 位置选择在工件内部某一位置上，即采用负离焦量进行焊接。 4、焊接的穿入深度 脉冲激光焊接时，主要是以传热熔化方式进行的。激光束本身对金属的直接穿入深度是有限的，其主要取决于材料的导温系数（导温系数大的则穿入深度大），而不是激光器的功率大小。 内部构造及电气示意图
塑料激光焊接工艺 1．激光的波长 在金属材料的激光焊接工艺中，一般采用YAG或者CO2激光作为光源，塑料焊接也不例外。随着半导体材料工业的快速发展，半导体激光作为光源也渐渐得到了应用。 三者之中，由于易于获得较大功率，前两者在传统的材料加工工业中的使用较为普遍；而由于塑料激光焊接对光源功率大小要求不高，但对可控性和易操作性要求较高，因此半导体激光在塑料焊接中也很有用武之地。 CO2、Nd:YAG和半导体激光三种光源的波长、最大功率、最小聚焦直径等参数的典型值如下所列： 1．CO2激光：波长较长，为10.6微米，属远红外波段，一般情况下塑料材料对这一波长的吸收情况好。目前最大输出功率达50kW，转化效率约10％，最小聚焦直径约0.2～0.7mm。焊接塑料时热作用区深度较深，适合于需要焊接较厚的塑料材料。CO2激光不能用光纤传输，只能$&* 透镜反射镜组成的光学系统来构建刚性传输光路，从而影响激光头的操作性。 2．Nd:YAG激光：波长较短，为1.06微米，属近红外区波长，不易被塑料吸收。最大输出功率6kW，转化效率为3％，最小聚焦直径0.1～0.5mm。Nd:YAG激光的特点是聚焦区域小，可以方便地通过光纤传输来构建光路，可将激光头装到机器人手臂上，实现焊接过程的数控和精密自动化；另一方面可以较好地透过上层的待焊接材料，到达下层待焊接材料或者中间层而被吸收，从而实现焊接。 3．半导体激光：波长0.8～1.0微米，最大输出功率6kW，转化效率30％，最小聚焦直径0.5mm。由于其输出输出功率较小，适用于焊接激光功率要求较低的场合,如小型塑料器件的精密焊接。半导体激光能量转化效率高,易于实现激光器的小型化和便携化。 2．塑料材料 能够被激光焊接的塑料均属于热塑性塑料。理论上，所有热塑性塑料都能够被激光焊接。 塑料激光焊接技术对被焊接塑料的要求为：在热作用区内的材料，要求对激光光波的吸收性好；不属于热作用区部分的材料，则要求对光波的透过性好，尤其在对两件薄塑料件进行叠焊时更是如此。一般向热作用区塑料中添加吸收剂可以达到目的。目前能够使用激光焊接的单种成分塑料包括： PMMA――聚甲基丙烯酸甲脂（有机玻璃），PC塑料，ABS塑料, LDPE－低密度聚乙烯塑料，HDPE－高密度聚乙烯塑料，PVC－聚氯乙稀塑料，Nylon 6－尼龙6，Nylon 66－尼龙66，PS－PS树脂，等等。 上述各种塑料制成的塑料件，如模制的塑料品、塑料板、薄膜、人造橡胶、纤维甚至纺织物都可以作为被焊接的对象。由于激光焊接具有传统焊接不具备的热作用区小、控制精确容易的特点，因此上述各种单体材料之间也可以进行焊接。 3．吸收剂 吸收剂的应用是塑料激光焊接工艺中非常重要的工艺。如前所述，塑料激光焊接的本质是将热作用区的待焊接塑料融化，随后冷却自然实现塑料件的接合。让塑料融化需要使塑料件吸收足够的激光能量。塑料自身能够以较高吸
影响激光焊接质量的因素 影响激光焊接质量的因素很多．其中一些极易波动，具有相当的不稳定性。如何正确设定和控制这些参数，使其在高速连续的激光焊接过程中控制在合适的范围内，以保证焊接质量首先是焊缝成形的可靠性和稳定性，是关系到激光焊接技术实用化、产业化的重要问题。以板材对接单面焊双面成形工艺为例，影响激光焊接质量的主要因素分焊接设备，工件状况和工艺参数三方面，如图11所示。 图11 影响激光焊接质量的主要因素 1 焊接设备 对激光器的质量要求最主要的是光束模式和输出功率及其稳定性。光束模式是光束质量的主要指标，光束模式阶数越低，光束聚焦性能越好，光斑越小，相同激光功率下功率密度越高，焊缝深宽越大。一般要求基模（TEM00）或低阶模，否则难以满足高质量激光焊接的要求。虽然目前国产激光器在光束质量和功率输出稳定性方面用于激光焊接还有一定困难。但从国外情况来看，激光器的光束质量和输出功率稳定性已相当高，不会成为激光焊接的问题。 光学系统中影响焊接质量最大的因素是聚焦镜，所用焦距一般在127mm（5in）到200mm （7.9in）之间，焦距小对减小聚焦光束腰斑直径有好处，但过小容易在焊接过程中受污染和飞溅损伤。 2.工件状况 激光焊接要求对工件的边缘进行加工，装配有很高的精度，光斑与焊缝严格对中，而且工件原始装配精度和光斑对中情况在焊接过程中不能因焊接热变形而变化。这是因为激光光斑小，焊缝窄，一般不加填充金属，如装配不严间隙过大，光束能穿过间隙不能熔化母材，或者引起明显的咬边、凹陷，如光斑对缝的偏差稍大就有可能造成未熔合或未焊透。所以，一般板材对接装配间隙和光斑对缝偏差均不应大于0.1mm，错边不应大于0.2mm。当焊缝较长时，焊前的准备难度很大，普通剪床F料一般不能满足要求．必须经过机械加工或用高精度剪床剪切，还必须根据具体工件情况设计合适的精密胎夹具。实际生产中，有时因不能满足这些要求，而无法采用激光焊接技术。 3.焊接参数 （1）对激光焊接模式和焊缝成形稳定件的影响焊接参数中最主要的是激光光斑的功率密度，它对焊接模式和焊缝成形稳定性影响如下：随激光光斑功率密度由小变大依次为稳定热导焊、模式不稳定焊和稳定深熔焊[1][2]，其产生条件和焊缝成形特征如表2所示。 表2 三种激光焊接过程的基本特征 焊接过程稳定热导焊（HCW）模式不稳定焊（UMW）稳定深熔焊（DPW） 产生条件低功率密度功率密度介于HCW和DPW之间高功率密度 焊接模式热导焊热导焊和深熔焊随机出现深熔焊 小孔特点不形成小孔小孔间断性地产生和消失小孔稳定存在 等离子体特点不产生等离子体等离子体间断性地产生和消失稳定的等离子体 焊缝成形特征熔深和熔宽均很小的近半圆形焊缝焊缝成形极不狗宝，熔深和熔宽在大小两给跳变熔深较大的指状焊缝 激光光斑的功率密度，在光束模式和聚焦镜焦距一定的情况下，主要由激光功率和光束焦
激光焊的主要工艺参数对焊接质量的影响 一、激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105~107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。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犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500℃左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外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。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，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。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 二、激光深熔焊接的主要工艺参数 1. 激光功率 激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率
激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为激光焊机、镭射焊机，按其工作方式常可分为激光模具烧焊机（手动焊接机）、自动激光焊接机、激光点焊机、光纤传输激光焊接机，光焊接是利用高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池以达到焊接的目的。 一、激光焊接的主要特性。 20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导。
影响激光焊接质量的主要因素 1.焊接设备 激光焊接设备通常由激光器、导光和聚焦系统组成。 1.1 激光器 用于焊接的激光器主要有脉冲激光器和连续激光器。最重要的性能是输出功率和光束质量。焊接对激光器的质量要求最主要的是光束模式和输出功率的稳定性。 1.1.1 光束模式 光束模式阶数越低，光束的聚焦性能越好（即光束质量越好），光斑越小，相同激光功率下激光功率密度越高，焊接深宽比越大。 图1 光束模式对焊接熔深的影响 图2 功率密度对熔深的影响
1.1.2 输出功率稳定性 激光器的输出功率稳定性越好，焊接一致性就越好。 1.2 导光和聚焦系统 导光和聚焦系统主要由光纤、准直（扩束）镜、反射镜和聚焦镜组成，实现传输光束和聚焦的功能。这些光学零件，在大功率激光作用下，性能可能会劣化使透过率下降，产生热透镜效应（透镜受热膨胀焦距发生变化）。 如有表面污染，则会增加传输损耗甚至可能导致光学零件的损坏。所以光学零件的质量，维护和工作状态监测对保证焊接质量至关重要。 2.工件状态 2.1 焊接工件的加工精度、装配精度以及清洁程度 因为激光光斑小，焊缝窄，一般不加填充金属，如装配不严间隙过大，光束会穿过间隙不能熔化母材，或者引起明显的咬边、凹陷。所以一般板材对接装配间隙和光斑对缝偏差均不应大于0.1mm，错边不应大于0.2mm。 当然对焊接质量要求更高的工件，其焊接工件的加工精度及装配精度也更高，尤其是焊接前的人工装配，要保证焊接位置的高低差、装配间隙和加工件的清洁程度。 2.2 焊接工件的材料均匀性 材料的均匀性是指物质的一种或几种特性具有同组分或相同结构的状态。 材料的均匀性直接影响到材料的有效使用。影响材料均匀性的因素有合金成分的分布、材料厚度等。合金元素的种类和含量本身就对焊接质量存在影响，其分布的均匀性直接影响到焊缝的一致性。例如铝合金材料焊接时，合金元素的分布不均匀，或者内部存在杂质的含量不同，容易出现焊接缺陷：炸孔、咬边及凹陷。 3.焊接工装夹具 在激光焊接过程中，焊接工装夹具主要是将焊接工件准确定位和可靠夹紧，便于焊接工件进行装配和焊接，保证焊接结构精度，有效的防止和减轻焊接热变形。
一、激光焊接的主要特性 激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 高功率CO2及高功率YAG激光器的出现，开辟了激光焊接的新领域。获得了以小孔效应为理论基础的深熔焊接，在机械、汽车、钢铁等工业领域获得了日益广泛的应用。 与其它焊接技术相比，激光焊接的主要优点是： 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。例如，激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊，并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对异性材料施焊，效果良好。 4、激光聚焦后，功率密度高，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位，施行非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。尤其是近几年来，在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术，使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。 但是，激光焊接也存在着一定的局限性： 1、要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺雨寸小，焊缝窄，为加填充金属材料。若工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺憾。 2、激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资较大。 二、激光焊接热传导 激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，使金属熔化形成焊接。在激光与金属的相互作用过程中，金属熔化仅为其中一种物理现象。有时光能并非主要转化为金属熔化，而以其它形式表现出来，如汽化、等离子体形成等。然而，要实现良好的熔融焊接，必须使金属熔化成为能量转换的主要形式。为此，必须了解激光与金属相互作用中所产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数的关系，从而通过控制激光参数，使激光能量绝大部分转化为金属熔化的能量，达到焊接的目的。
激光焊接工艺简介 一、激光焊接原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104-105W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105-107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。下面重点介绍激光深熔焊接的原理。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。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犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500℃左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。小孔内充满在光束照射下壁体材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围着熔融金属，液态金属四周包围着固体材料（而在大多数常规焊接过程和激光传导焊接中，能量首先沉积于工件表面，然后靠传递输送到内部）。孔壁外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。光束不断进入小孔，小孔外的材料在连续流动，随着光束移动，小孔始终处于流动的稳定状态。就是说，小孔和围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进速度向前移动，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。上述过程的所有这一切发生得如此快，使焊接速度很容易达到每分钟数米。 二、激光深熔焊接的主要工艺参数 （1)激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。 （2)光束焦斑。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。
详解激光焊接技术 一、激光基本原理 1、LASER是什么意思 Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation(通过诱导放出实现光能增幅)的英语缩写。 2、激光产生的原理 激光——“受激辐射放大”是通过强光照射激光发生介质，使介质内部原子的电子获得能量，受激而使电子运动轨道发生迁移，由低能态变为高能态。处于激发态的原子，受外界辐射感应，使处于激发态的原子跃迁到低能态，同时发出一束光；这束光在频率、相位、传播方向、偏振等方面和入射光完全一致，此时的光为受激辐射光。为了得到高能量密度、高指向性的激光，必须要有封闭光线的谐振腔，使观光束在置于激光发生介质两侧的反射镜之间往复振荡，进而提高光强，同时提高光的方向。 含有钕（ND）的YAG结晶体发生的激光是一种人眼看不见的波长为1.064um 的近红外光。这种光束在微弱的受激发情况下，也能实现连续发振。YAG晶体是宝石钇铝石榴石的简称，具有优异的光学特性，是最佳的激光发振用结晶体。 3、滋光的主要特长 a、单色性―激光不是已许多不同的光混一合而成的，它是最纯的单色光（彼长、频率） b、方向性―橄光传播时基本不向外扩散。 c、相千性－－徽光的位相（波峰和波谷）很有规律，相干性好。 d、高输出功率一用透镜聚焦激光后，所得到的能量密度是太阳光的几百倍。 二、YAG激光焊接 激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功么密度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。
激光焊接工艺技术特点及应用 激光焊接工艺特点及其影响因素 l、激光的投入能量密度。调整激光照射能量密度的方法主要有： A、调整激光输出能量（调整激发电压） B、调整光斑大小（调节出射焦距） C、改变光斑中的能量分布（改变光纤类型：峰形输出型——GI型光纤、梯形输出型——SI型光纤） D、改变出射脉冲的宽度和波形 2、材料反射率 大多数金属在激光开始照射时，会将大部分激光能量反射掉，所以，焊接过程开始的瞬间，要相应提高光束的功率。采用脉冲激光缝焊工艺时，可以通过接入引弧板来保证整个焊接段的品质一致性。当金属表面开始熔化或汽化后，其反射率迅速降低。 影响材料对激光束吸收的主要因素 1、温度 室温时金属材料两激光的吸收率一般在20℃以下；当金属温度达到烙点产生熔融和气化后吸收率上升到40~50%；当接近沸点时吸收率可高达90%。 材料的直流电阻率 材料对激光的吸收率与材料的直流电阻率的平方根成正比、与激光波长的平方根成反比关系。 2、激光束的入射角
入射角越大，吸收率越小。当激光垂直于金属表面照射时，金属对激光的吸收率最大。但通常为了保护激光出射镜头，需要维持一定的入射角。 材料的表面状态 为了低反射率，可在金属表面涂上薄薄一层金属粉，但两者必须是能够形成合金的。如铜、金、银可覆盖薄锐层，此时在同样熔深的情况下，焊接所需的能量大约为原来铜、金、银所需的四分一。 3、聚焦性和离焦量 品质优良的YAG激光焊接装置，其聚焦性（光斑大小）是通过装置本身的光路同轴精度、输出光纤和出射头的成像比等来保证。以激光出射焦点正好落在工作上面时的位置为零。离焦量是指焦点离开这个零点的距离量。焦点位置超过零点位置时叫负离焦（焦点深入到工件内部），其距离值为负离焦量。反之，焦点不到零点的距离数值为正离焦量。要获得较大的熔深，可将焦点位置选择在工件内部某一位置上，即采用负离焦量进行焊接。 4、焊接的穿入深度 脉冲激光焊接时，主要是以传热熔化方式进行的。激光束本身对金属的直接穿入深度是有限的，其主要取决于材料的导温系数（导温系数大的则穿入深度大），而不是激光器的功率大小 激光焊接工艺 发布日期：2010-8-30 | 阅读次数：271
浅谈激光焊接的机理和性能特点 newmaker 现在的激光焊接技术还是比较完善的，那激光焊接是根据什么原理来工作的呢？激光焊接的性能特点是什么呢？本文就这两个问题总结了一下： 激光焊接原理：激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面，通过激光与金属的相互作用，金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。 激光焊接的机理有两种： 1、热传导焊接 当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。 2、激光深熔焊 当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在—起。 这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择，通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小，因为激光束的辐射没有穿透被焊材料，所以，在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入；而深熔焊时，小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换，由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变，即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成，然后再转变为小孔方式。
工艺丨动力电池工艺，激光焊接概述 动力电池制造过程焊接方法与工艺的合理选用，将直接影响电池的成本、质量、安全以及电池的一致性。接下来就整理一下动力电池焊接方面的内容。还是先来原理，好像我是最喜欢搬运原理的作者之一呢。 1 激光焊接原理激光焊接是利用激光束优异的方向性和高 功率密度等特性进行工作，通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。 2 激光焊接类型 热传导焊接和深熔焊热传导焊接，激光光束沿接缝将合作在工件的外表熔化，熔融物汇流到一同并固化，构成焊缝。主要用于相对较薄的材料，材料的最大焊接深度受其导热系数的约束，且焊缝宽度总是大于焊接深度。 深熔焊，当高功率激光聚集到金属外表时，热量来不及散失，焊接深度会急剧加深，此焊接技术即是深熔焊。因为深熔焊技术加工速度极快，热影响区域很小，而且使畸变降至最低，因而此技术可用于需求深度焊接或几层资料一起焊接。 热传导焊接和深熔焊的主要区别在于单位时间内施加在金 属表面的功率密度，不同金属下临界值不同。 穿透焊和缝焊
穿透焊，连接片无需冲孔，加工相对简单。穿透焊需要功率较大的激光焊机。穿透焊的熔深比缝焊的熔深要低，可靠性相对差点。缝焊相比穿透焊，只需较小功率激光焊机。缝焊的熔深比穿透焊的熔深要高，可靠性相对较好。但连接片需冲孔，加工相对困难。脉冲焊接和连续焊接 1）脉冲模式焊接 激光焊接时应选择合适的焊接波形，常用脉冲波形有方波、尖峰波、双峰波等，铝合金表面对光的反射率太高，当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60%-98% 的激光能量因反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。一般焊接铝合金时最优选择尖形波和双峰波，此种焊接波形后面缓降部分脉宽较长，能够有效地减少气孔和裂纹的产生。脉冲激光焊接样品 由于铝合金对激光的反射率较高，为了防止激光束垂直入射造成垂直反射而损害激光聚焦镜，焊接过程中通常将焊接头偏转一定角度。焊点直径和有效结合面的直径随激光倾斜角增大而增大，当激光倾斜角度为40°时，获得最大的焊点及有效结合面。焊点熔深和有效熔深随激光倾斜角减小，当大于60°时，其有效焊接熔深降为零。所以倾斜焊接头到一定角度，可以适当增加焊缝熔深和熔宽。 另外在焊接时，以焊缝为界，需将激光焊斑偏盖板65%、壳体35% 进行焊接，可以有效减少因合盖问题导致的炸火。2）
激光焊接和点焊强度 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属热传导型，即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。由于其独特的优点，已成功应用于微、小型零件的精密焊接中。 中国的激光焊接处于世界先进水平，具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中。2013年10月，中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖--布鲁克奖，中国激光焊接水平得到了世界的肯定。 技术原理 激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于 105~107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点。 其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，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、峰功率和重复频率等激光参数，使工件熔化，形成特定的熔池。 用于齿轮焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接机主要涉及激光深熔焊接。 激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，即能量转换机制是通过“小孔”（Key-hole）结构来完成的。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犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光束能量，孔腔内平衡温度达2500 0C左右，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔