激光焊接技術最新研究進展及應用

黃寧江 柳州源創(chuàng)電噴技術有限公司

隨著市場對結(jié)構(gòu)輕量化需求的持續(xù)增長，以及國產(chǎn)高功率激光器、激光頭產(chǎn)品逐漸發(fā)展成熟，激光焊接系統(tǒng)成本呈現(xiàn)下降趨勢。光焊接是一種精度高、低變形的焊接技術，它在工業(yè)中普遍應用。分析了激光焊接技術的相關原理，總結(jié)了激光焊接技術在不同領域的應用。

一、激光焊接技術原理與類型分析

（一）技術應用原理

激光焊接技術實際上是屬于熔融焊接技術，其主要是以激光束作為能源，將激光束在焊件的接頭處進行沖擊，以此來達到焊接的目的。其原理是通過光學震蕩器來產(chǎn)生高功率的激光束，并將激光束作用于金屬表面，在較短的時間內(nèi)將金屬汽化，汽化孔被熔融金屬液包圍，通過應力反作用、加熱與冷卻等方式來形成焊縫，完成金屬零件的焊接。激光束本身的光功率密度對焊縫的深淺有著一定的影響，密度較高的時候，其熔深就越大，使得焊縫也就越深，反之，密度越小其熔深也就越小，焊縫也就越淺。

（二）技術的類型

激光焊接技術在汽車制造領域中的應用，激光焊接設備的類型是二氧化碳激光焊接設備、YAG激光焊接設備，所對應的技術也可以分成激光焊接技術、激光拼接技術、激光復合焊接技術。從各種技術的應用特征層面而言，首先，在應用期間可以起到節(jié)省加工材料的作用，能夠加快操作的速度，提高加工的強度。其次，操作期間不會和零部件之間相互接觸，噪聲問題的發(fā)生率很低，具有很強的環(huán)保性能。與此同時，在操作期間所產(chǎn)生的熱量不會有大范圍的影響，零部件的熱變形問題發(fā)生率也很低。最后，在應用此類技術期間，焊接工作的質(zhì)量很高，外觀也具有美觀性，可提升操作工作的靈活性，確保操作的效率。除此之外，技術應用期間可保證焊接的精確度，在計算機技術、數(shù)控系統(tǒng)的支持下，通過三維立體化的系統(tǒng)加工處理，可保證整體焊接工作的精準度。

二、激光焊接的難點

鋁合金激光焊接受基體材料本身性質(zhì)的影響存在較多難點，比如，液態(tài)鋁表面張力低，造成激光深溶焊小孔坍塌而形成氣孔；鋁合金所含低熔點合金元素在激光焊接過程中被燒損，造成焊縫性能弱化；焊縫低熔點共晶合金元素成分易在冷卻凝固過程中形成裂紋；熱處理強化鋁合金在焊接熱循環(huán)作用下產(chǎn)生熱影響區(qū)軟化；液態(tài)鋁表面張力低、固態(tài)鋁熱導率高，以及Al、Mg等元素易氧化造成焊縫表面成形差等。此外，為降低鋁合金激光焊對裝配間隙的要求，并抑制焊縫裂紋的產(chǎn)生，通常采用激光填絲焊或激光電弧復合焊接技術。由于鋁合金焊絲相對較軟，所以需要確保從送絲嘴出來的焊絲的指向性，以避免焊絲未熔化、填充焊縫產(chǎn)生偏向等問題；同時，原始鋁合金表面的氧化膜以及熔融鋁新產(chǎn)生的氧化層均會對填充焊絲的鋪展效果產(chǎn)生影響。

三、激光焊接的應用

（一）在電子工業(yè)中的應用

當前，在電子工業(yè)，尤其是微電子工業(yè)中，激光焊接都得到了普遍應用。因為激光焊接產(chǎn)生的熱影響區(qū)非常小，加熱能夠很快集中，而且熱應力小，所以普遍用于集成電路以及半導體殼體的封裝，具有很好的優(yōu)勢。在真空器材的研究中，激光焊接也取得了普遍應用，例如用于快熱陰極燈絲組件、不銹鋼支持環(huán)等。由于傳感器和溫控器中的波紋片厚度非常薄，傳統(tǒng)焊接技術不能做到，容易發(fā)生焊接穿孔的情況，而使用激光焊接技術就能取得很好的效果，因此受到普遍歡迎。

（二）激光自熔焊接

激光自熔焊接是指需要焊接的兩個部分或是多個部分，自身熔化、冷卻進而凝聚成一個整體，達到焊接的目的。該焊接的方式在使用的過程中不需要添加焊劑，整個過程依靠的是工件自身的物理性質(zhì)，達到熔接在一起的目的。當激光功率密度達到一定值的時候，工件表面的溫度在較短的時間內(nèi)迅速上升并達到其沸點，使得金屬汽化，并形成一個細長的孔洞。當金屬蒸汽反沖壓力與液態(tài)金屬表面張力、重力等達到一個平衡值后，細長的孔洞不再繼續(xù)加深，最終形成一個性質(zhì)穩(wěn)定、深度穩(wěn)定的孔洞，當小孔閉合后，焊縫就此形成，激光深熔焊接完成。使用激光拼焊方式來進行車身的制造能夠在很大程度上降低零件、模具等的成本，有效提升汽車產(chǎn)品本身的試制競爭力。按照焊縫的類型進行分類，可以分為單條直線焊縫、復數(shù)直線焊縫、非直線焊縫等多個類型，其中單條焊接縫類型的生產(chǎn)工藝較為簡單，所以該類型的應用范圍較為廣泛。

（三）激光遠程焊接技術

對于此類技術來講，主要就是通過高速掃描鏡頭部件開展長距離的加工工作，具有定位準確性特點，可縮短操作的時間周期，保證工作的效率，加長設備和被焊接件之間的距離，不會受到其他夾具的影響，很少會有光學鏡片污染的問題，可按照生產(chǎn)加工的需求編制關于焊縫的形狀優(yōu)化規(guī)劃、結(jié)構(gòu)強度的優(yōu)化規(guī)劃。和電阻電焊技術相比，對于遠程激光焊接技術的應用，可以將單側(cè)焊接優(yōu)勢、非接觸類型的焊接優(yōu)勢等彰顯出來，將其和掃描振鏡之間相互整合，可減少具體的操作時間，尤其是汽車覆蓋件方面、零部件方面，都可以實現(xiàn)遠程化的焊接處理目的。未來發(fā)展期間采用此類技術，應著重掌握技術的應用規(guī)范、操作標準，不斷優(yōu)化其中的技術模式和內(nèi)容，在汽車座椅制造的過程中高效化進行滑軌部分、靠背部分的焊接。

四、結(jié)語

激光焊接技術的使用原理、使用特點，并對激光焊接在不同領域的應用進行了總結(jié)。進而根據(jù)實際情況選擇合適的激光焊接技術來進行各種焊接工作。