激光焊接技术及其应用初探

激光焊接技术及其应用初探

邓姜明

汉口学院机械电子工程学院湖北武汉430212

摘要：随着科学技术的发展，激光焊接技术发展迅速，在当今社会的各个领域有着广泛的应用。激光焊接技术也弥足了传统技术的一些不足，激光焊接技术提高了生产效率，减少了生产时产生的污染，减少了生产成本。在使用环节中设备轻便，能在特殊坏境中使用。本文将围绕着激光焊接技术做一个分析，同时介绍激光焊接技术在一些领域的具体应用。

关键词：激光焊接技术焊接应用

随着我国工业的发展，在生产上对焊接技术的要求不断提高，激光焊接技术得到充分的应用。激光焊接技术作为一个新兴的技术还存在一些问题，如能量转化率低、设备贵。但其高效率、高质量的特性在未来也必定有巨大的市场，所以研究并完善激光焊接技术有很强的实际意义。

1.激光焊接的原理

激光焊接技术的原理，即以光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成激光束为能源，使其冲击在需焊接两端接头以达到焊接目的的技术。

激光焊接的原理可分为热传导焊接和激光深熔焊接。

（1）热传导焊接在激光照射到材料上时，一部分被反射掉，一部分被材料吸收掉，材料表面将吸收的光能转化为热能从而加热熔化，材料表面层的热量以热传递的方式向材料内部传递，最后焊接在一起。热传导焊接熔深浅，深宽小。

（2）激光深熔焊接一般适用于较厚的材料中。在深熔焊接中，激光照射在工件表面形成一个高密度功率。当功率到达一定时其表面就会被蒸发形成金属气体从而使工件形成孔坑，孔内的温度很高。激光照射的热量从这个孔中传递出来，使得周围金属受热熔化。当其冷却后填充之前空隙从而形成焊缝。

2.激光焊接的优点与缺点

激光焊接技术广泛的应用于各行业，激光焊接相比于其他焊接方式，具有以下无法比拟的优点：能将热量降到最低的需要量，相变化范围小，热变形最低；激光焊接的速度快、深度大、变形小；焊接过程中不需要使用电极，没有任何污染，对一线生产工作者无伤害；可以进行远距离焊接，具有很大的灵活性；能在室温或者特殊条件下进行工作，其焊接设备简单。例如，激光通过电磁场不会偏移；激光在真空或者其他的气体环境中均可工作焊接；能进行微型焊接，使用小型工件的组焊中；可焊接难熔材料如钛、石英等，并能对不同材料施焊，效果良好。

激光焊接由于其独特的性质也存在一些缺点：焊接时对焊件位置精确度要求较高，要在光束焦点范围内；最大焊件厚度受到到限制，在超过一定厚度之后将不适用于生产线上生产；因技术原因能量转化率低；激光焊接技术对设备要求较高，所以其配套设备价格较高；由于焊道的凝固速度较快，肯能有气孔及脆化的顾虑等。

3.影响激光焊接的参数

3.1激光功率密度

激光功率密度是激光焊接中最关键的参数之一。激光功率密度的高低会影响材料到达沸点的时间，从而来影响焊接的效果。[1]对于采用较高的功率密度，表层很快就加热至气态产生大量金属气体。所以，高功率密度对于打孔、切割、雕刻等材料去除有利。使用较低功率密度，材料表面在经过几毫秒的时间就达到沸点，在零件到达汽化之前，工件的底部就已经熔化，这样容易达到生产的要求。

3.2激光脉冲波形

激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要的因素，设备的体积和价格也和其有影响。采用脉冲激光进行加工时，当高强度的光束照射到材料表面时，金属表面会将70%的激光能量反射损失掉，金属材料表面的反射率不是固定的，其反射率会随温度变化的，不同的金属其材料表面反射率和转化率都是变化的。在使用激光焊接时在对不同材料进行焊接需要使用不同波形的的激光，达到作业要求。国内使用的一般都是单波形激光电源机械，其焊接柔性低，不适用多模具材料焊接，且经常返工，浪费了焊接材料的时间，使其利用率变低。[2]

4.激光焊接技术的应用

随着我国激光技术飞速发展，激光焊接技术广泛的应用于汽车、轮船、飞机、高铁等精制造领域，随着社会对科学、科技领域的全面发展，激光焊接技术也在相关人员对其不断探索中得到巩固与应用使人们生活环境质量提升。我国的家电制造业也将带领全球进入精工的新时代，在产品性能不断提升的过程中，也将更多的科技进行展示和应用。近几年来，我国积极学习借鉴国外的研究成果，成功的克服国内大型构件的焊接技术。在相关科研工作者、学者的共同努力之下，我们国家的激光焊接技术不断得到完善和优化，这样以来也更好的应用与生产之中。

4.1制造业应用

激光焊接技术被应用与很多领域，在汽车船舶中需要应用激光拼焊技术，将不同厚度、材料不同的钢材焊接成一块整体，这样就可以满足不同工件件对材料性能的不同要求。激光拼焊技术主要应用于汽车行业，尤其在车身工件件生产、制造和设计方面，激光拼焊的使用有着巨大的优势。在船舶的制造过程中其建造板材往往都是有一定厚度和长度的焊缝存在，传统的焊接技术在焊接过程中需要花费大量的时间在船体的整体多次加工上，耗费时间的同时对工作人员的精神和体能也提出了很大的挑战。激光焊接技术的应用中高密度的热量和较小的面积光斑不会出现以上问题，并且还能以船舶制造的需求使其能在不同工序环节上具备不同工作台的使用，使得焊接工作能在短时间的操作中高效的提高效率。

4.2电子工业

激光焊接技术在电子工业中，尤其实在微电子工业中得到了充分的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中快、热应力低，所以在集成电路半导体密封中有着独特的优势。在我们平时使用的充电电池（锂电池）以其无污染、循环使用和高能量而被人们青睐。为了保障生产速度和质量，其中的多道工序如电池的电极的焊接、电池的外壳的密封都会使用到激光焊接技术，在电池正极的焊接和安全阀的制作过程中都采用了激光脉冲电焊，在密封过程中使用了连续焊接技术，可以提高其生产效率和自动化程度，也降低了其生产成本，而且在生产中没有产生任何污染。在精密仪器的制造中，由于对焊接精度的高要求，现如今都是采用激光焊接技术。针对同轴电缆，采用激光焊接，可以使铜管的焊缝细小，还可以提高电缆的生产效率，焊接产品在各种性能也取得了良好的效果。

4.3其他领域

激光焊接技术因其技术特点应用于汽车工业、医学、电子工业还广泛的应用于各行各业。激光焊接技在航空航天工业、粉末制造业、造船业、微电子工业中等扮演中的角色。激光焊接技术因其技术点激光焊接技术的出现，也将传统技术中所无法涉及的领域和材料，在合理依据光束本身的穿透、折射的运行轨迹当中，实现在需要焊接的节点当中全范围无死角随意对焦，也因其对环境要求低，能在常温或者特定环境下进行工作。在科研工作者和相关工作者的共同努力和不断探索之中，激光焊接技术在未来也必将应用更加广泛。

参考文献：

[1]程隆双，冯薇.影响激光焊接加工的几个主要参数[J].机电技术，2008,1:58-61.

[2]陈彦宾.现代激光焊接技术[M].北京:科学出版社.

[3]樊丁.YAG激光与脉冲MIG复合焊接[J].焊接学报，2012,23(5):160-166.

[4]李树锋.激光焊接技术在焊接中的应用[J].现代焊接，2016(01).

[5]邹意会，张荣康.激光与光电子学进展，2016，33（2）：19-24.