激光焊接技術(shù)應(yīng)用及其發(fā)展

孫 炎 陸 琪

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫交通分院，江蘇 無(wú)錫 214151)

1 激光焊接的原理及特點(diǎn)

1.1 原理

激光焊接也就是讓強(qiáng)度很高的激光束來(lái)輻射金屬表面，讓激光、金屬發(fā)生反應(yīng)，金屬融合冷卻后完成焊接。在具體焊接時(shí)有如下2種方法：第一種是熱傳導(dǎo)焊接，其原理是金屬材料吸收激光，使光能轉(zhuǎn)化成熱能，從而出現(xiàn)熔合反應(yīng)，在熱量的傳遞過(guò)程中，使焊接元件有效連接起來(lái)[1]；第二種是激光深熔焊，其原理是經(jīng)過(guò)激光輻射實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，讓材料發(fā)生熱熔，期間會(huì)產(chǎn)生大量的金屬蒸汽，蒸汽形成時(shí)會(huì)出現(xiàn)反作用力，使熔后的金屬液體朝周圍排擠，出現(xiàn)凹坑，在激光的不斷照射下，凹坑會(huì)持續(xù)加深。激光不再照射后，凹坑溶液會(huì)發(fā)生會(huì)留，冷卻凝固完成焊接[2]。

上述焊接方式都需要依據(jù)材料特征、焊接要求進(jìn)行選擇，它們之間最大的差別在于：熱傳導(dǎo)焊接熔池表面處在封閉狀態(tài)，由于激光束并未穿透被焊材料，不會(huì)過(guò)多的擾動(dòng)系統(tǒng)，焊縫也不會(huì)受到其他侵入，而激光深熔焊熔池是在激光束的穿透下成孔的，在焊接的過(guò)程中，小孔關(guān)閉可以造成氣孔，這兩種焊接手段能夠在焊接期間進(jìn)行轉(zhuǎn)換[3]。

1.2 特點(diǎn)

激光焊接技術(shù)在具體使用使能夠讓焊縫熱影響范圍變小，因此能夠高效運(yùn)用到對(duì)溫度比較敏感的材料焊接過(guò)程中。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)具有反射、偏轉(zhuǎn)特點(diǎn)，激光束能夠在任意角度聚焦，這是一般的焊接裝置不能實(shí)現(xiàn)的。此外，該項(xiàng)焊接技術(shù)還能夠利用焊接手臂精準(zhǔn)定位，能夠加工微小工件，生產(chǎn)效率非常高。

2 激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀及具體應(yīng)用

2.1 研究現(xiàn)狀

從目前的情況看，我國(guó)的激光焊接技術(shù)處在不斷地研究探索、升級(jí)過(guò)程中，其中以哈爾濱的焊接研究院影響最大。除了對(duì)激光焊接種類、設(shè)備進(jìn)行了研究外，也在探索新的動(dòng)向，借鑒國(guó)外研究經(jīng)驗(yàn)，讓激光焊接技術(shù)取得更理想的效果。

2.2 具體應(yīng)用

2.2.1 制造行業(yè)

現(xiàn)如今，在國(guó)內(nèi)外的汽車制造中激光焊接技術(shù)都應(yīng)用得比較廣泛，全球利用該項(xiàng)技術(shù)的生產(chǎn)線眾多，且呈逐漸上漲趨勢(shì)。據(jù)有關(guān)調(diào)查研究顯示，在20世紀(jì)80年代，德國(guó)、日本等一些國(guó)家的汽車制造企業(yè)就應(yīng)用了激光焊接技術(shù)，推動(dòng)了制造業(yè)的發(fā)展。激光焊接技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用包括對(duì)不等厚板的焊接、汽車零部件焊接等幾類。

2.2.2 粉末冶金行業(yè)

對(duì)于大多數(shù)的工業(yè)制造來(lái)說(shuō)，對(duì)材料的要求都很高，以往的冶煉生產(chǎn)出的材料無(wú)法適應(yīng)行業(yè)需求。而粉末冶金材料性能好等方面的優(yōu)勢(shì)，在慢慢取代冶鑄材料，但同時(shí)也出現(xiàn)了和其它構(gòu)件連接方面的問(wèn)題。而激光焊接技術(shù)的應(yīng)用有效解決了這一問(wèn)題，為冶金材料的使用開(kāi)辟了新路徑，如，在粉末冶金材料連接過(guò)程中用釬焊方式對(duì)金剛石進(jìn)行焊接，因熔合強(qiáng)度比較低，釬料在受熱的情況下會(huì)脫落，而通過(guò)激光焊接就能夠提升焊接強(qiáng)度。

2.2.3 電子工業(yè)

在電子工業(yè)中激光焊接技術(shù)也得到了普遍應(yīng)用，尤其是在微電子工業(yè)中運(yùn)用更多。因激光焊接熱影響范圍很小，加熱快，所以，在封裝集成電路殼體中其優(yōu)勢(shì)非常突出。同時(shí)，在真空器件生產(chǎn)中，激光焊接也被高效使用，達(dá)到提高了焊接的效果。

2.2.4 生物醫(yī)學(xué)

從生物醫(yī)學(xué)的角度看，關(guān)于激光焊接應(yīng)用的研究集中在功能恢復(fù)等層面。據(jù)有關(guān)實(shí)踐表明，激光焊接與以往的縫合方式進(jìn)行比較，它的縫合速度更快，期間也未發(fā)生異物反應(yīng)，被修復(fù)組織也能夠正常生長(zhǎng)。

3 激光焊接質(zhì)量的影響因素及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 影響因素

研究表明，影響激光焊接效果非常關(guān)鍵的因素是焊接參數(shù)，因此，在使用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)需要重點(diǎn)對(duì)焊接參數(shù)加以考慮，使激光焊接技術(shù)的作用得到最大限度的發(fā)揮。激光焊接參數(shù)包含輸出功率、脈沖寬度等。其中，輸出功率、速度會(huì)影響焊接溫度，且熔池深度同樣會(huì)影響焊接質(zhì)量。在焊接時(shí)，光束焦距等會(huì)影響能量密度，短焦距的能量密度高，光斑很小，工件間距也比較小。此外，激光束還會(huì)對(duì)材料吸收率帶來(lái)一定程度的影響。在焊接期間一般會(huì)用到惰性氣體對(duì)熔池實(shí)施保護(hù)，如，氮?dú)獾葰怏w。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

激光焊接是在傳統(tǒng)焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其與傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，其優(yōu)勢(shì)在與它的應(yīng)用范圍更為廣泛，能夠最大限度的提高焊接的質(zhì)量和精度。同時(shí)，它的功率密度比較高，可以快速釋放能量，加之，它的聚焦點(diǎn)很小，可以保證材料縫合效果，不會(huì)讓材料受損、變形，因而焊接結(jié)束后不必做后續(xù)處理，其本身就適用于高興技術(shù)行業(yè)，在未來(lái)隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，人們對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的深入了解，必然會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

從某種程度上看，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)焊接手段不能應(yīng)用的眾多領(lǐng)域，其可以高效滿足各種材質(zhì)的焊接要求，且因激光自身所特有的穿透性、折射性優(yōu)勢(shì)，它可以依據(jù)光速的運(yùn)行軌道，多角度進(jìn)行焊接，而這是傳統(tǒng)焊接技術(shù)不能達(dá)到的高度。此外，激光焊接還可以瞬時(shí)釋放熱量，快速進(jìn)行焊接，所以，對(duì)環(huán)境的要求也并不高，可以在常溫環(huán)境下焊接，不必約束與真空環(huán)境等狀態(tài)下。

通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展，大眾對(duì)激光技術(shù)的認(rèn)知度也逐漸提高，其功能范圍也逐漸擴(kuò)展，朝著多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展。在未來(lái)激光焊接技術(shù)不只是可以應(yīng)用到汽車制造等各領(lǐng)域，其還能在軍事等各個(gè)領(lǐng)域得到全面應(yīng)用，推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，各行業(yè)對(duì)高新技術(shù)的追求，焊接技術(shù)的持續(xù)發(fā)展是時(shí)代發(fā)展的必然。相信在未來(lái)，經(jīng)過(guò)科技人才的共同努力，激光焊接技術(shù)額應(yīng)用水平會(huì)逐步提高，在社會(huì)各行各業(yè)將會(huì)煥發(fā)光彩。