激光焊接技术研究现状与未来发展

激光技术在焊接制造业中的应用是目前各国的研究重点， 随着工业发展对高效、环保、自动化的需求， 激光焊接技术的应用迅速普及制造业的许多领域。在此基础上， 激光焊接工艺将成为激光应用的重要方面之一。

激光焊接是激光加工技术应用的重要内容， 更是21世纪最受瞩目、最有发展前景的焊接技术。

早在上世纪末， 欧美各国就已把激光焊接技术充分应用到工业生产中， 我国在加快对激光焊接技术的研究与开发的同时， 逐步建立起一个“产、学、研”相结合的发展机制， 并在个别领域有了较大的突破。

随着工业制造的发展， 高效、敏捷、环保的加工技术将倍受青睐。激光焊接以高能束的聚焦方式， 在焊接过程中能实现深熔焊、快速焊等其他焊接工艺较难实现的形式， 特别是激光焊接设备搭配灵活， 实时在线检测技术成熟， 使其能够在大批量生产中实现高度自动化， 目前已有大量的激光焊接生产线投入工业生产。

实践证明， 激光焊接在加工业的应用范围十分宽广， 基本上传统焊接工艺应用的领域， 激光焊接都能胜任，并且焊接质量更好， 加工效率更高。

采用激光技术的焊接工艺

激光焊接是利用激光的辐射能量来实现有效焊接的工艺， 其工作原理是： 通过特定的方式来激励激光活性介质( 如CO2和其他气体的混合气体、YAG钇铝石榴石晶体等) ， 使其在谐振腔中往复振荡， 从而形成受激辐射光束， 当光束与工件接触时， 其能量被工件吸收， 在温度达到材料熔点时便可进行焊接。

1 激光焊接的模式

激光焊接可分为热传导焊和深熔焊， 前者的热量通过热传递向工件内部扩散， 只在焊缝表面产生熔化现象， 工件内部没有完全熔透， 基本不产生汽化现象， 多用于低速薄壁材料的焊接；后者不但完全熔透材料， 还使材料汽化， 形成大量等离子体， 由于热量较大， 熔池前端会出现匙孔现象。

深熔焊能够彻底焊透工件， 且输入能量大、焊接速度快， 是目前使用最广泛的激光焊接应用。

2 激光焊接的焊缝形状和性能

由于激光器产生的聚焦光斑面积较小， 其作用在焊缝周围的热影响区也比普通焊接工艺的小得多， 且激光焊接一般不需填充金属， 因此焊缝表面连续均匀、成形美观， 无气孔、裂纹等表面缺陷， 非常适合于对焊缝外形要求严格的场合。虽然聚焦的面积比较小， 但激光束的能量密度大。

焊接过程中， 金属被加热和冷却的速度非常快， 熔池周围温度梯度比较大， 使其接头强度往往高于母材，相反地接头塑性则相对较低。目前， 已经可以通过双焦点技术或复合焊接技术来改善接头质量。

3 激光焊接的优缺点

激光焊接之所以受到如此高的重视， 在于其特有的优点：

① 采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比， 且焊接速度比较快。

② 由于激光焊接不需真空环境， 因此通过透镜及光纤， 可以实现远程控制与自动化生产。

③ 激光具有较大的功率密度， 对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果，并能对不同性能材料施焊。

当然， 激光焊接也存在不足之处：

① 激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵， 因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高，经济效益较差。

② 由于固体材料对激光的吸收率较低， 特别是在出现等离子体后(等离子体对激光具有吸收作用) ， 因此激光焊接的转化效率普遍较低(通常为5%~30%) 。

③ 由于激光焊接的聚焦光斑较小，对工件接头的装备精度要求较高， 很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。

随着激光焊接的普及应用和激光器的商品化生产， 激光设备的价格明显下降。而大功率激光器的发展和新型复合焊接方式的研发与运用， 使激光焊接转化效率低的缺点也得到改善， 相信不久的将来， 激光焊接将逐步代替传统焊接工艺(如电弧焊和电阻焊) ，成为工业焊接的主要方式。 铜