淺談激光焊接技術(shù)原理及其應(yīng)用

【摘 要】激光焊接是激光加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一，本文分析了激光焊接的基本原理，介紹了激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】激光焊接技術(shù)；原理；應(yīng)用

一、激光焊接技術(shù)的基本原理

激光焊接就是以激光為熱源進(jìn)行的焊接。激光是一束平行的光，用拋物面鏡或凸透鏡聚光，可以得到高的功率密度。與電弧焊接的功率密度102～104kw/cm比較，聚集的激光束可以得到105～108kw左InZ的功率密度。用功率密度高的熱源進(jìn)行焊接，可以得到熔深較大的焊縫。激光焊接可以得到與電子束焊接同樣熔深的焊縫。激光焊接可使表面溫度迅速上升，激光照射完后迅速冷卻，可以進(jìn)行熔融或非熔融的表面處理。當(dāng)功率密度大于103kw/c耐時，可進(jìn)行熔深較大的焊接。這時，在大氣中熔融金屬容易被氧化。因此，要用Ar、He、CO，等氣體密封焊接部位。尤其是提高功率密度時，瞬間從光束中熔融金屬被排出，這時若輔以高壓氣體吹掃，可促進(jìn)熔融金屬排出，適宜進(jìn)行開孔或切斷。激光焊接最大的特點(diǎn)是選擇適合的焊接材料和功率密度，可以得到穩(wěn)定的焊接形態(tài)。激光焊接有兩種基本方式：傳導(dǎo)焊與深熔焊。這兩種方式最根本的區(qū)別在于：前者熔池表面保持封閉，而后者熔池則被激光束穿透成孔。傳導(dǎo)焊對系統(tǒng)的擾動較小，因?yàn)榧す馐妮椛錄]有穿透被焊材料，所以，在傳導(dǎo)焊過程中焊縫不易被氣體侵人；而深熔焊時，小孔的不斷關(guān)閉能導(dǎo)致氣孔的產(chǎn)生。傳導(dǎo)焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉(zhuǎn)換，由傳導(dǎo)方式向小孔方式的轉(zhuǎn)變?nèi)Q于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續(xù)時間。激光脈沖能量密度的時間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉(zhuǎn)變，即在相互作用過程中焊縫可以先在傳導(dǎo)方式下形成，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)樾】追绞健？梢哉{(diào)節(jié)激光焊接過程中各因素相互作用的程度，使得小孔建立以后能夠在脈沖間歇階段收縮，從而減小氣體侵入的可能性，降低氣孔產(chǎn)生的傾向。

二、激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）制造業(yè)領(lǐng)域。20世紀(jì)80年代后期，千瓦級激光器成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè)，成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。90年代美國通用、福特和克萊斯特公司竟相將激光焊接引入汽車制造，盡管起步較晚，但發(fā)展很快。日本的本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車車身制造中使用的越來越多。（2）粉末冶金領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多技術(shù)對材料有特殊要求，應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域如汽車、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展，它與其它零件的連接問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。在20世紀(jì)80年代初期，激光焊以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域，為粉末冶金材料的應(yīng)用開辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊方法焊接金剛石，由于結(jié)合強(qiáng)度低，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能。（3）電子工業(yè)領(lǐng)域。激光焊接在電子工業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小，加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用，。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05～0.1mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決，電弧焊容易焊穿，等離子焊穩(wěn)定性差，影響因素多，而采用激光焊接效果很好。（4）生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，Klink等及Jain用激光焊接輸卵管和血管的成功及顯示出來的優(yōu)越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其它組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面，目前國內(nèi)外的研究主要集中在激光波長、劑量及對功能恢復(fù)及激光焊料選擇等方面，劉銅軍在激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與與傳統(tǒng)的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過程中沒有異物反應(yīng)，保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì)，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長等優(yōu)點(diǎn)，將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。（5）其他領(lǐng)域。在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加，特別是在特種材料焊接方面，我國進(jìn)行了許多研究，如對BT20鈦合金、HE130合金、Li-ion電池等激光焊接。德國玻璃機(jī)械制造商Glamaco Coswig公司與IFW接合技術(shù)與材料實(shí)驗(yàn)研究院合作開發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

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