激光焊接工艺和应用技术

焊接技术中激光焊接技术的研究现状与应用

【摘 要】 随着可持续发展观念的倡导与相关政策的执行，工业发展对环保、高效、自动化的需求也越来越高。目前，激光焊接已经成为激光加工材料加工技术应用的重要组成部分。现如今，激光焊接已广泛应用于制造、冶金、汽车、电子、生物医学、航空航天、塑料加工等领域。本文通过对焊接技术中激光焊接技术的应用领域进行调查分析，希望对激光焊接技术的研究现状与应用领域有一个深层次的了解。

【关键词】 激光 焊接技术 现状 应用

激光焊接已逐渐受到人们关注，激光焊接技术拥有高精度、高质量、低变形、高速度和高效率的特点。1970年以后，随着金属铝等焊接物质的研制成功，激光焊接技术在其他领域中也得到推广和应用。尤其是在制造业，冶金业以及生物医学方面应用较为广泛。后来，随着航天技术的发展，激光焊接技术逐渐被应用到了航天领域。

1 国内外焊接技术中激光焊接技术的研究现状

1.1 国外激光焊接技术的研究现状

目前国外的激光焊接技术已比较成熟，以美国为首的发达国家非常注重激光焊接技术的发展状况。将激光焊接技术列入国家的发展计划当中，并投入大量资金用于激光焊接技术的研究与人员的培训。发展过程中也注意传统产业的优势，做到激光焊接技术与传统产业相结合。由于发展比较早，目前发达国家的激光焊接技术存在很多优势，主要有，热影响区极小，而且焊接过程中无热损伤的现象，焊接速度比一般的烙焊要快10-100倍。焊接点极小，最大程度的避免了杂质的污染和腐蚀程度，此外，焊点的抗裂性能也非常高。

1.3 国内激光焊接技术的研究现状

国内焊接技术由于起步比较晚，发展也相对缓慢。近年来，由于政策的要求以及环保的需要，激光技术才逐渐被广泛应用。对激光焊接的研究也主要集中在激光焊接的形成机理、检测、分析、控制等。一些高校也逐渐开展激光焊接的相关课程，比如通过分析超细粒钢的焊接性及激光焊接的特点，进行了400mpa和800mpa种超细晶粒钢的激光焊接试验。目前国内对于高强度的激光焊接焊性方面的研究还存在很多不足的地方，缺少很多相关数据，还需要培训更多的专业人员进行深入研究。

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浅谈激光焊接技术的应用

作者：周利军

来源：《中国科技博览》2018年第15期

[摘 要]激光焊接技术是一种新型的优质焊接技术。本文从激光焊接技术的技术的研究现状进行分析，并对激光焊接技术常用的应用领域进行了简要的概括。

[关键词]激光焊接 现状 应用

中图分类号：F407 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）15-0052-01

随着科技的发展，人们对于激光技术的了解以及认知也越来越深，从最初的军事领域逐步扩展到现代民用领域，而激光焊接技术的出现进一步拓展了激光技术的应用范围。传统焊接本身更多是依赖于焊接人员自身的工作经验以及对于焊接目标的目测实现焊接，其往往精度存在一定的偏差性，很难实现高精度项目的作业，而激光焊接无疑能够有效解决这一难题，利用激光技术准确对现有的目标进行准确的焊接，从而大大提升了焊接的准确性和有效性。未来激光焊接技术不仅仅能够用于汽车、钢铁、仪器制造等领域，其必然还可以在军事、医学等等更多的领域得到应用，特别是在医学领域，借助于其本身的高热量、高融合、卫生等特点，更好的在神经医学、生殖医学等临床诊治中应用。而其本身的精度优势也会在更多的精密仪器制造业中得到应用，从而不断造福人类以及社会的发展。

1、激光焊接技术的研究现状

二氧化碳气体激光器是气体激光器中较为典型的一种。从二氧化碳气体激光器的发展历程来看，人们主要追求的是激光功率的提高和光束质量的提高。发展至今，已经出现了第5代二氧化碳气体激光器——扩散冷却型二氧化碳激光器，其中，扩散冷却板条式二氧化碳激光器一经推出就受到众多企业的青睐。

固体激光器的出现克服了气体激光器体积大、结构复杂、维护困难和光致等离子体严重等缺陷。随着技术的发展，平均功率100KW已被认为是中近期内可以实现的目标。现在比较典型的激光器是固体热容激光器、紧凑有源反射镜激光器、侧抽运板条激光器和光纤激光器等。其中，光纤激光器是在半导体激光器的基础上发展起来的一种新型激光器。自问世以来，就以其低阈值、高效率、窄线宽、可调性和高性能价格比等优点而受到人们的关注。光纤激光器提出时，由于受到光纤技术、抽运技术以及半导体激光技术的限制一直发展缓慢，直到后期包层抽运技术的提出，才使光纤激光器得以迅速发展。

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通快TruFlow 6000-15000激光培训 激光焊接工艺和应用 －激光焊接技术与工艺

上海交通大学激光制造实验室

内容提要

1.激光焊接分类和主要特点

2.主要激光焊接技术工艺

激光（填丝）焊

激光－电弧复合焊

双光束激光焊

激光钎焊

激光点焊

2016－March 2 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

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1.激光焊接的分类及其特点 根据激光对工件的作用方式或激光束输 出方式不同：

根据实际作用在工件上的功率密度或焊

缝的形成特点：  脉冲激光焊接

 连续激光焊接  激光热传导焊接

 激光深熔焊接

2016－March 3 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

脉冲激光焊

特点

脉冲激光焊类似于点焊，每个激光脉冲在金属上形

成一个焊点（约微米数量级）。

主要应用于微型、精密元件和微电子元件的焊接。

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脉冲激光焊的工艺参数 脉冲能量和宽度： 脉冲能量决定加热能量的大小，影响金属的熔化量

脉冲宽度决定加热时间，影响熔深和热影响区大小

脉冲能力一定，对不同材料，各存在一个最佳脉冲宽度

功率密度：

功率密度较小时，焊接以传热焊方式进行，焊点直径和熔

深由热传导决定

功率密度达到一定值（106 W/cm2），产生小孔效应，形成

深宽比大于1的焊点

功率密度过大，金属蒸发剧烈，不能形成牢固焊点

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热传导激光焊

特点

加热速度快、焊点小、焊缝窄、热影响区小

因此，焊接变形小，精度高，焊接质量好

广泛用于汽车、飞机等工业制造中

焊接难于接近的部位，如水下焊接

将绝缘材料和导体材料焊接

焊接有色金属，异种金属

6 2016－March 激光培训－激光焊接工艺和应用－技术与工艺

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热传导（脉冲）激光焊的工艺参数 脉冲能量：影响金属熔化量 7 2016－March 焊点熔深h和直径d随脉冲能量

激光焊接工艺方法和技术

激光焊接是激光加工材料加工技术应用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接过程属于热传导型，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。由于激光焊接作为一种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法，随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功，使其在机械制造、航空航天、汽车工业、粉末冶金、生物医学微电子行业等领域的应用越来越广。

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做文章一，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。