鈑金激光焊接技術與應用淺析

文/丁啟飛，黃宣凱·格力電器（珠海）股份有限公司

焊接是鈑金加工后工序最主要的加工工藝，其勞動強度大、工作環境較為惡劣，需要具備較高的技能要求，因此焊接自動化和新型連接方式一直是焊接技術工作者們致力研究的方向。焊接自動化的關鍵技術是焊接質量和效率的控制，焊接過程中需要解決電弧與焊縫對中、零件間隙均勻、焊透以及焊接變形控制等問題。隨著激光焊接技術日新月異的發展，激光焊接技術發生了質的飛躍，已經在家電產品、高科技電子、汽車制造、高鐵制造、精密加工等領域得到了成熟應用。

激光焊接的特點

激光焊接是利用激光器將高能激光束耦合進入光纖，傳輸后通過準直鏡準直為平行光，再聚焦于工件上，聚集成能量密度極高的熱源，熔化連接處材料，隨后液態金屬快速冷卻后形成高質量焊縫的焊接方法，如圖1 所示。激光焊接鈑金件外形如圖2 所示。

圖2 激光焊接產品外形

操作簡單

激光焊接機焊接設備簡單，操作過程簡單易學，上手容易。對工作人員的專業性要求不高，節省人工成本。

靈活性高

激光焊接機可實現任意角度焊接，可焊接難以接近的部位，也可焊接各種復雜的焊接工件和形狀不規則的大型工件，實現任意角度焊接具有很大的靈活性。

安全性能強

高安全焊嘴只有在接觸金屬時才能觸動開關，觸摸開關具有體溫感應。專用激光發生器在操作時有安全要求，操作時需佩戴激光發生器防護眼鏡，以減少對眼睛的傷害。

激光光束質量好

激光聚焦后，功率密度高，高功率低階模激光聚焦后，焦斑直徑小，對發展薄板自動化焊接有著極大的促進作用。

焊接速度快，深度大，變形小

由于激光焊接功率密度高，焊接過程中在金屬材料中形成小孔，激光能量通過小孔傳遞到工件深處，橫向擴散較少；激光束掃描過程中材料熔合深度較大；速度快，單位時間焊接面積大。

人工成本低

由于激光焊接時的熱輸入極低，焊后變形量很小，可以達到表面非常漂亮的焊接效果，因此激光焊接的后續處理很少，可以大大減少或消除巨大的拋光和整平工序上的人工成本。

可以焊接難焊接的材料

激光焊接不僅可用于多種異質金屬材料之間的焊接，還可用于鈦、鎳、鋅、銅、鋁、鉻、鈮、金、銀等金屬及其合金以及鋼、可伐合金等材料的焊接，能很好地滿足家電產品新材料的開發應用。

特別適合焊接薄板非噴涂外觀零件

由于激光焊接機焊接縱橫比大，比能量小，熱影響區小，焊接變形小，特別適用于焊接薄板非噴涂外觀零件以及精密和熱敏零件，可減少焊后修正和二次加工。

激光焊接的優勢對比

激光焊接根據焊接時焊縫的形成特點，可以把激光焊分為熱導焊和深熔焊。熱導焊使用激光功率低，熔池形成時間長且熔深淺，多用于小型零件的焊接；深熔焊功率密度高，激光輻射區金屬融化速度快，在金屬熔化的同時伴有強烈的汽化，能獲得較大熔深的焊縫，焊縫寬深比可達10∶1。光纖傳輸激光焊接機選配CCD 攝像監視系統，方便觀察和精確定位；其焊斑能量分布均勻，具有焊接特性所需要的最佳光斑；適用于各種復雜焊縫、各種器件的點焊、滿焊以及1mm 以內薄板的縫焊。通過使用雙擺頭技術，雙軸振鏡控制可調模式（圓、直線、8 字形、三角形、實心圓）增大可調擺動寬度，實現0～5mm焊縫的焊接。

影響激光焊接的主要因素有光束特性、焊接特性、保護氣體以及材料特性。⑴光束特性包括激光器、光學配置等。⑵焊接特性包括焊接接頭形式、焊縫分布、裝配精度、焊接工藝參數等。⑶保護氣體包括保護氣體的種類、流量、保護方式等。⑷材料特性：材料對激光的吸收，主要與激光的波長、材料的性質、溫度、表面狀況有關，大部分材料對短波長的激光吸收率更高，室溫時材料對激光吸收率較低，溫度升高時吸收率急劇增大；材料的焊接性；熱導率、熱膨脹系數、熔點、沸點等其他特性。

薄板件常用的焊接方法很多，如激光焊接、釬焊、氬弧焊、電阻焊、等離子弧焊、電子束焊等，而激光焊接與其他常用的焊接方法相比在熱影響區、熱變形、焊縫質量、是否添加焊料、焊接環境等方面有較大的優勢。激光焊接與其他焊接方式對比見表1。

表1 激光焊接與其他焊接方式對比

激光焊接應用實例

我司焊接車間配備的焊接設備有：松下YC-315TX 氬弧焊機、松下YC-300WX 氬弧焊機、米勒二氧化碳氣體保護焊機、佳士WF-21 二氧化碳氣體保護焊機、OTC 二氧化碳氣體保護焊機和MIG 焊機等，如圖3 所示。

圖3 傳統焊接設備

2022 年度完成焊接部件31.5 萬個，如果采用上述焊接設備焊接，需投入焊工16 人、打磨工6 人，而采用新投入的2 臺激光焊接機，投入操作人員10 人，激光焊接單工位生產效率比人工焊接效率提升150%～200%，用工成本節省110 萬元。經過產品工藝質量驗證和生產操作驗證，激光焊接機可以完全替代傳統焊接，效果非常明顯。隨著我司涉足大巴空調、智軌空調以及高端家電等產品開始涌現，為滿足機組輕量化和高端材料的客戶要求，只有激光焊接才可以完全滿足此類機組結構件的焊接連接，這是傳統焊接無法達到的。

結束語

焊接是支撐我國成為制造大國的關鍵技術，焊接技術發展到今天，幾乎所有的領域如機械制造、石油化工、交通能源、冶金、電子、航空航天等領域都離不開焊接技術。目前，以電子束焊和激光焊接為代表的新一代焊接技術的應用越來越廣泛，從環保層面和企業經營成本方面來說，激光焊接具有功率密度高、沒有電極污染、非接觸、機具損耗少，且不受磁場影響，能精準對準焊縫等諸多優勢，因此，全面實施激光焊接是未來焊接的發展趨勢，這也需要企業的技術人員能在應用層面提出更好、更高的要求，以推進激光焊接企業共同前行。