激光焊接技術及其特點

周明召

[摘要]激光焊接是一種新型的特殊焊接方法，能夠實現很多種材料的連接，而且激光焊接具有傳統焊接工藝無法比擬的優越性。本文主要介紹了激光焊接技術的發展歷程、原理及其工藝特點。

[關鍵詞]激光焊；發展；原理；特點

前言

自1960年第一臺激光器問世以來，人們對激光應用技術不斷的進行探索研究。由于激光具有非常好的單色性、相干性、方向性以及高能量密度等不可比擬的優越性，激光加工技術已經被廣泛應用于汽車、航空航天、船G、醫療、通訊設備等領域，促進了相關領域的快速發展。

激光d接技術是激光工業應用的一個重要方面，在激光器出現不久就有學者開始了激光d接技術的研究，激光d接技術逐漸得以實現并受到人們的重視。激光d接是一種新型的特殊d接方法，它所需要的功率密度達105—107W/cm2。

早期的激光d接研究大多采用紅寶石脈沖激光器，由于激光器很低的工作效率和發光物質的受激性差，致使激光平均輸出功率很低，只能進行小型薄壁件的傳導d接。隨著高功率C02激光器和Nd：YAG激光器的*生，開辟了激光d接的新領域，激光d接得到了迅速的發展。Nd：YAG激光器的波長比C02激光波長小一個數量級，因而其光束與金屬的合效率高、加工性能良好，成為激光點d和激光縫d的優選設備。激光d接的厚度已從零點幾毫米提高到50ram，目前在世界各國激光加工的應用領域中，激光d接的應用僅次于激光切割的應用，約占20.9%。激光d接能夠實現很多類型材料的連接，而且激光d接具有傳統d接工藝無法比擬的優越性，尤其是航空與汽車工業中同種或異種難d的薄板合金材料的激光d接，使d接結構變形小、d接接頭質量高、重現性好。

1激光焊接原理

激光d接可分為傳熱d和深Od，傳熱d接時產生的熱量通過熱傳遞擴散至工件內部，使d縫表面。化，基本不產生汽化現象，常用于低速薄壁材料的d接；深Od還使材料汽化，形成大量等離子體，由于熱量較大，o$前端會出現小一現象。深Od能夠徹底d透工件，且輸入能量大、d接速度快，是目前使用最廣泛的激光d接模式。

（1）激光傳熱d接機理。當激光功率密度小于105W/cm2時，金屬表面溫度迅速加熱到。點和z點之間而。化，通過熱傳導把熱能向金屬內部傳遞，使o$逐漸擴大，冷卻凝固時結b形成d點或者d縫，d縫類似為%球形。激光與材料的相互作用過程中，很大一部分激光束被金屬表面反射，激光的吸收率較低，沒有&汽壓的作用，激光光斑功率密度也會變得較低，不產生小一效應。因此，傳熱d接時。深淺，速度較慢，主要應用于薄板等材料的d接。

（2）激光深Od接機理。當照射到金屬表面的激光功率密度大于106W/cm2時，金屬表面溫度可在極短的時間內（10-6～10-5s）使加熱區域的金屬0化及汽化，產生金屬液體和金屬&汽，氣態金屬產生的&汽壓力很高，足以克服液態金屬的表面張力，把。化的金屬向四周M散，形成小一。隨著金屬&汽的出，在工件上方及小一內部形成等離子體，較厚的等離子體會對入射激光具有一定屏蔽作用。激光束在小一內產生多重的反射，小-幾乎可以吸收全部的激光能量，使小-進一步加深，當激光束在小-產生的金屬&汽壓力與液態金屬的表面張力和重力平衡后，小-不再加深而形成一個穩定深度的小-，這就是小-效應。

當工件以一定的速度相對于激光束移動時，小-前方的金屬不斷。化和汽化，液態金屬流向小一后方，逐漸凝固形成d縫，這種d接機制叫深Od，是激光d接中最常用的d接模式。

在激光深Od時，材料對激光束的吸收決定于小一和等離子體效應。一般來說，工件表面的等離子體云吸收部分激光，使激光有效的能量較低，并使光束波前T變導致焦光斑擴散，使表面。化區擴大，因此等離子體云對d接過程有害。常采用以下兩種預防措施：一是使用保護氣體M散激光與工件作用點反沖出的金屬&汽；第二種是使用保護氣體，抑制金屬&汽電離，阻止等離子體云的產生。

2激光焊接特點

激光d接技術經歷了從脈沖激光d接到連續激光d接，低功率d接到高功率d接，薄板d接到厚板d接，低速d接到高速d接的過程。與傳統的d接方法相比，激光d接技術具有很多獨特的優勢。

（1）能量密度高。功率密度達106-108W/cm2，比電4 d高出幾個數量級；深寬比大；d縫b h細小致密。

（2）激光d接速度快、o深大。由于能量密度大，激光d接過程中，在金屬材料上產生G一，激光能量通過小一往工件d接方向傳導，而橫向傳導較少，因而在d接時，能量較集中，o深大，d接速度快。

（3）激光d接熱輸入量小，熱影響區小，d接變形小。由于激光d接功率密度高，所以很小的熱輸入量就可以實現良好的d接，從而熱影響區及d接變形很小。

（4）能在室溫或者特殊條件下進行d接。激光在真空、空氣及某種氣體環境中均能d接，并能通過OP或對光束透明的材料進行d接。

（5）可以d接一般d接方法難以d接的材料，以及同種或異種難d材料。如高。點金屬等，甚至可用于非金屬材料的d接，如n N等。

（6）可實施非接觸遠距離d接。沒有工具損耗和工具調換等問題。

（7）d接系統具有高度的＼性。與CAD/CAM或機器人聯合組成的d接系統可形成多功能的激光加工系統，易于實現自動化。

但是，激光d接與傳統的d接方法相比，也存在一定的局限性。

（1）對d接工件加工、組裝、定位要求較高。

（2）激光器及d接系統成本較高，一次性投資較大。

（3）受。深的限制，激光d接不適宜d接厚度較大的材料。endprint