激光焊接技術綜述

王斌+王雨軒

摘 要：如今，科學越來越發達，20世紀，繼原子能、半導體等、計算機的發明之后，激光作為一個新型技術也逐漸走入人們視野，目前已經在很多的制造領域廣泛運用，特別是歐洲發達國家，對于激光焊接技術的應用格外重視，并已將其列入國家發展方針當中。本文主要就激光焊接技術的工作原理、工藝技術以及在當代工業中的應用進行了分析。

關鍵詞：激光焊接；原理；工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.040

如今，焊接技術在機械制造、車輛工程、建筑行業、使用化工以及航空航天等領域都被廣泛應用，是實現材料永久性連接的有效方法，目前已經是制造業不可缺少的一項重要加工技術。就當前來說，焊接的主要方法包括電焊、氣焊氬弧焊、釬焊、電阻焊接等等。但是，這些方法在空間限制以及精細件操作等方面，都還存在著各種缺陷。激光束屬于一種高能力量密度的人員，適應性較強，在當前的焊接領域得到了迅速的發展及應用，并已經逐漸取代傳統的焊接技術，向著低成本、高質量的方向發展，擁有著廣闊的發展空間。并且對各種材料的連接領域也有著很重要的作用。

1 激光焊接的原理

激光焊接實質上是非透明材料與激光束相互作用的過程。整個過程極為復雜，從宏觀的角度上看，表現為融化、吸收、氣化以及反射；而微觀上看則是一個量子過程。將焊接根據機理進行分類可以分為熱傳導焊接以及激光深熔焊。

1.1 熱傳導焊接

所謂熱傳導焊接就是當激光輻射到焊接材料上時，一部分激光被焊接材料所吸收并將其轉化為熱能量，表面熱以熱傳遞的形式通過材料，熔化焊縫并最終將焊接件焊接在一起。

1.2 激光深熔焊

激光深熔焊接是將高功率密度的激光束焊接到焊接材料上。這種材料將被吸收的光能轉化為熱能，加熱蒸發產生金屬蒸氣，當金屬蒸氣從工件表面移動時，熔化的金屬流動并形成凹痕，伴隨著熱量不斷產生，凹痕也不斷的加深，在激光停止后，凹痕周圍的溶液回流、冷卻后工件便連接在一起。

2 激光焊接的工藝參數

目前，激光在很多領域中都有涉及。因為一旦發生焊接的質量問題，便會導致非常嚴重的后果，因此精確控制焊接質量的工藝參數，將其控制在激光焊接的良好范圍內，能夠有效保障焊接的質量。在實際的生產過程中，激光焊接的工藝參數可以參照一下參數。

2.1 焊接速度

在焊接過程中，如果焊接速度過慢會導致焊接材料融化過度，進而造成工件被焊穿；而焊接的速度如果過于快速，又可能夠使焊接的深度略淺。因此，在現實的生成中，對于特定的材料以及激光的功率要有一個合理的焊接速度標準，以保證焊接熔深的合理。

2.2 離焦量

對于激光焊接來說，其離焦量也是其中的一個關鍵參數，因為離焦量對于能量密度以及光斑直徑都有很大影響。在離焦量較小時，激光的光斑直徑則小、功率密度變大，熔池的擴張速率也較快，而初始匙孔直徑變小；若離焦量大，初始匙孔的直接也隨之增大，而熔池的擴展變慢，焊點的尺寸也有可能會變小。

2.3 激光脈沖寬度

在激光電焊中，激光脈寬受熱影響區以及熔深的影響，與材料融化和去除不同，決定加工設備的體積以及造價。經過實踐我們發現，每一種材料都有一個最佳的脈沖寬度，能夠將其熔深達到最大化。

2.4 激光脈沖波形

當焊接材料的表面被高強度激光束照射時，它會失去60%到98%的能量反射，并且材料的反射率也會隨著時間發生變化。材料的溫度達到熔點時，其反射率會有所降低；當材料處于熔化的狀態時，反射率則會穩固在一定的范圍內。

2.5 功率密度

功率密度實際上就是指單位面積內的激光功率，激光功率對于材料的升溫時間有著直接的影響，激光的功率越大，材料溫度則升高的越快。高功率密度在切割、穿孔等材料祛除的加工作業中運行較為普遍。而低功率密度能夠很好的進行熔融焊接，在進行傳導型激光焊接過程中，應將其每平方厘米的數值控制在104至105W之間。

3 激光焊接技術的應用

伴隨著焊接技術的發展以及工業激光器研發，目前，激光焊接技術在很多的焊接行業都已得到普遍應用。在國外，很多發達國家的激光技術都已在各個行業中得到普及，如航空航天、汽車制造、塑料焊接、核能設備等等，并且都已經與傳統有機融合，是當前比較成熟的焊接技術。

近年來，世界主要汽車制造商都使用鎂合金作為其零件使用量技術領先的一個標志，鎂合金在焊接過程中容易形成熱脆性和疏松膜，焊接過程較為復雜。因此，鎂合金的激光焊接已成為近年來研究的主要內容。在今天的激光焊接的主要應用過程當中，起關注點主要放在通過對激光在焊接過程當中所表現出來的特性進行對比分析。例如，對激光的控制、對激光的檢測以及使用各種材質來達到焊接的效果。其中使用比較廣泛的是在水下環境實施激光焊接技術，使用深熔激光模擬，以及使用填絲、堆焊以及鋁合金等激光技術來進行焊接，其最終目標是實現焊接質量的全程控制。伴隨著我國工業制造的不斷發展，加工技術的高效性是工業發展的主要趨勢，而激光焊接技術則剛好與該發展趨勢相吻合。

4 結語

激光技術作為當前最新型的焊接技術擁有很強的適應性和加工能力，已經漸漸取代了傳統的焊接技術。伴隨著全球工藝技術的持續發展，激光的應用特點必然會更加明顯，成為綠色、節能、高效的制造技術，帶動我國工業制造持續發展。

參考文獻：

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作者簡介：王斌（1969-），男，江蘇南通人，本科，講師，焊接教研室主任，研究方向：機電。endprint