激光焊接技術原理及工藝分析

邱曉杰

（南京中科煜宸激光技術有限公司，江蘇 南京 210046）

引言

激光焊接的定義是，它是一種以高能量密度的激光束為主要的能量源來進行熱源釋放的一類所謂高效的并且精密的焊接方法。

一、激光焊接技術的操作原理

激光也就是由激光發生器所發射出的一些強烈的單顏色的光，這樣的光可以通過光纖進一步傳導到一些特殊制備的透鏡之上來進行聚焦的流程，從而進一步使光束能夠聚焦在一點之上，并且可以集中對這樣的點進行熱量的輸入。正是因為激光束的這樣一種特性，因此單位照射面積能量有時候可以在這樣情況之下達到驚人的107 W／cm2 甚至還要往上。在這種大量的熱輸入的前提之下，整個物質都會隨著熱金屬在溫度瞬間升高高于熔點的情況下開始進一步的氣化，也就是這些所謂的金屬蒸氣都會在整個熔化的金屬之中進一步生成一個小孔，這樣的物質被我們稱作為匙孔。正式因為匙孔的形狀一般會呈現出一種細長的狀態，因此在這種物質形成后，激光束一般會在整個匙孔的內部進行很多次的反射，并且這些反射都會被進一步的吸收，所以熔深也就因此得到了增加。經過研究之后，我們發現，一般來說，如果激光器所產生的激光束的波長十分的純粹，不存在雜光的話，那么這些物質的能量密度基本上都會穩固在一個4×106W／cm2左右，這時也就會產生這樣的一個匙孔。在激光焊接的整個實施過程里，一般來說起到加熱作用的激光光斑對所需要加工的物件的實施加工都是集中式的，也就是說，這樣便可以讓工件在受到最少輻射的前提之下就完成我們對于焊接的要求下，這樣的操作最大的好處就是可以避免因被加工工件過度加熱而非常容易產生的變形。

二、激光焊接技術的工藝參數

在真正的操作流程里，激光焊接實際上確實是存在著一些比較重要的工藝參數的：

（一）焊接速度

首先就是焊接的速度，這種參數在很大程度上決定了在整個激光焊接的流程里，激光光斑在整個被加工物件之上所停留的時間段，以及整個光斑的移動速度，如果每秒的輻射能量過于大，就會把整個的板材都穿透，風險很大；反之如果光斑移動的速度太快，那么整個熔深就會變得非常淺，直接導致焊接的不充分。

（二）離焦量

在整個激光焊接的過程之中，離焦量其實是一個非常重要并且具有極大參考價值的參數，因為激光本身就是需要經過透鏡來進行單色光的聚焦從而完成高能光斑的產生的，因此我們必須注意到，每個激光都需要一個焦點，而在這樣一個焦點的地方，它的功率密度一定是最大的區域。但是在真正操作的過程中，其實會依據這些事物本身不同的條件，將整個待焊的工件依據透鏡的光軸方向偏移，在偏移之后整個工件在光軸方向與焦點的距離我們就可以把它稱作是離焦量，離焦量在很大程度上決定著匙孔的一開始的直徑、整個熔池的對應的擴展速度以及整個焊點尺寸的多少。

三、激光焊接的工藝特點

（一）激光可以在非常短的時間里就到達一個很高的能量密度值，在這樣的一個焊接的流程之中，這樣的操作方式可以在最有效的時間段內完成整個流程的布置，極大地提升了整個產品生產的效率。

（二）我們利用激光的可反射以及可以偏轉的特殊性質，通過使用棱鏡或者是反射鏡這樣的裝置將以這種途徑發射出來的激光束為導向進行偏轉的步驟，從而實現整個激光束在所有角度完成的聚焦，并且可以利用整個光纖的傳導，將激光聚焦到一些普通的焊接裝置沒有辦法到達的一部分方位上，這樣的流程對整個的加工流程中的裝配來說都是極其有意義的。

（三）激光束可以通過聚焦的方式取得一種尺寸非常小的光斑，這種光斑結合整個焊接的機械手臂可以精準地獲得一種有效的移動定位，并且在這種情況下的對尺寸微小的精密工件的加工，往往相對于傳統的加工手藝來說要更加良好一些，這樣生產的生產效率會得到非常大的一個提升。

（四）激光束在很多情況下可以一次性被分成多種不同樣的次級激光束，這些被分裂的激光束可以完成對同一個工件的各種不同的位置進行不同針對性的加工，這樣的加工方式不僅能夠保證在最后焊接的時候可以對整個精度有著極大的提升以及最有效的控制，這些都給精密的焊接模式提供了一些非常有效果的條件以及技術的支持。

四、激光焊接技術的實際應用

因為我國一直重視對整個焊接技術的開發研究以及對整個工業激光器的發展有著高度的重視，因此這種技術在量產的焊接行業之中時被賦予了極其廣泛的使用的。國外的很多發達國家把激光焊接的技術直接應用在一些航空工業等各種領域，已經和這些領域達到一種比較好的融合，即將成為一種非常成熟的工業焊接手段。國內對激光焊接這方面技術的研究主要還是在激光的焊接特性這一塊。我國工業制造的不斷發展，同時其中對于加工技術的高效化都可以變成是以后工業發展的重要的優勢以及方向，而激光焊接技術本身和這樣一種技術又有著非常符合的地方。

五、結語

激光焊接技術是集激光技術、焊接技術等一系列技術為一體的一種綜合性廣泛的應用技術。這樣的技術作為一種強力而新型的焊接技能具有非常強力的加工性能以及非常強的適應性，同時還配備了無比先進的質量檢測能力，也就是說，在很大程度上，激光焊接技術在許多的應用領域都已經進一步取代傳統焊接技術而成為一種更具有影響力的產業技術。隨著世界加工技能以及技術的不斷進步與發展，激光焊接技術已經在很大程度上滿足了我國制造業的發展需要。