激光焊接技術及其應用

程發(fā)龍

摘 要：近年來，激光焊接技術被廣泛應用于汽車、輪船等制造業(yè)，以及電子工業(yè)和生物醫(yī)學等領域中，該焊接技術的原理主要是利用了激光束聚焦后能獲得高能量的特點，進而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金屬受到激光束產生的熱能而融化，即可進行焊接工作。激光焊接技術以其獨有的優(yōu)勢給很多領域的工作帶來了極大的方便，不僅促進了焊接技術的發(fā)展，而且?guī)恿斯I(yè)、農業(yè)等很多行業(yè)的進步。本文首先介紹了激光焊接技術的工作機理和特點，其次分析了激光焊接技術的應用。

關鍵詞：激光;焊接;技術;應用

中圖分類號： TG456.7 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-164-2

0 ?引言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，科學技術水平的不斷提高，我國焊接技術也有了很大的進步，尤其是激光焊接技術以其獨有的優(yōu)勢受到了各行各業(yè)的認可和廣泛的應用，為我國制造業(yè)、電子行業(yè)、生物醫(yī)學等領域都做出了極大的貢獻，因此，深入的研究激光焊接技術及其應用不僅能夠促進焊接行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，而且對于發(fā)展我國工業(yè)、農業(yè)等其他行業(yè)也具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 ?激光焊接技術

1.1 激光焊接技術的工作機理

20世紀60年代以來，伴隨CO2、YAG等激光器的誕生，研究人員們也迅速將其利用到了焊接技術中，進而開發(fā)了激光焊接技術，它的開發(fā)和應用為焊接行業(yè)帶來了新的希望，并且很快被廣泛應用于各個領域中。激光焊接技術的工作機理由于激光器的不同也各有差異，因而，根據激光器提供的功率密度的大小可以將激光焊接技術分為兩類，一是激光傳熱熔化焊，二是激光深熔焊，他們的工作機理也各不相同。激光傳熱熔化焊所使用的激光器功率密度為105～106w/cm2，其工作機理是被焊工件表面吸收激光束熱量，然后利用熱傳導效應在工件表面形成一定體積的熔池，使被焊部位熔化，然后進行焊接工作。激光深熔焊所使用的激光器功率密度為106～108w/cm2，其工作機理為利用激光器功率密度高的特點，使材料達到瞬間汽化進而在表面形成圓孔空腔，然后再通過控制激光束與工件間的相對運用使空腔附近的金屬熔化，進而完成焊接工作。

1.2 激光焊接技術的特點

近年來，經過研究人員不斷的探索和創(chuàng)新，激光焊接技術終于被成功開發(fā)和應用，并且，在某些領域中，傳統(tǒng)的焊接技術已經完全被激光焊接技術所取代。激光焊接技術之所以可以被廣泛的應用，一定是有其獨有的優(yōu)勢。下面我們就介紹激光焊接技術的突出優(yōu)點。第一，熱影響區(qū)域非常小。由于激光焊接技術是將激光束直接打到被焊接的部位，而激光束又具有方向性強和熱源集中的特點，因而激光束只作用于被焊接的部位，不會影響其他區(qū)域。正是因為這個優(yōu)點，激光焊接技術可以被應用于焊接非常精密的零部件，大大降低了焊件收縮、變形情況的出現(xiàn)。第二，激光束聚集可以產生很高的熱量，因而，利用激光焊接技術所焊接的焊縫強度都很高，保證了焊件的質量，并且焊接工作效率也很高，此外，由于激光束方向性好，不會對非焊接區(qū)域造成干擾，因而通常焊縫表面的質量都很好。第三，利用激光焊接可以對非常隱蔽、難以到達的部位進行焊接。這是因為激光焊接技術非常靈活，只需要通過控制激光束的方向就能改變焊接位置。第四，傳統(tǒng)的焊接技術對于金屬間的焊接還是能夠達到的，但是對于異種合金焊接就相對困難了。然而，利用激光焊接技術甚至可以完成金屬與非金屬之間的焊接，可以說是焊接技術新的突破。

當然，一切事物都有兩面性，激光焊接技術雖然有很多突出的優(yōu)勢，但是依舊存在一些不足之處，比如：第一，如果被焊工件要應用激光焊接技術進行焊接，那么就要求其在焊接前進行高標準的處理，通常要處理焊件的加工精度、裝配等，因為如果被焊工件達不到高標準的要求，那么利用激光焊接技術在焊接過程中很容易造成缺陷;第二，激光焊接技術相對于普通焊接技術有很多優(yōu)勢，因而受到各行各業(yè)的青睞，然而，如果想要應用激光焊接技術，所要購買的激光焊接設備價格相對比較高，對于一些企業(yè)而言就需要花費高額的投資成本，這也是有些企業(yè)放棄應用激光焊接技術的原因之一。

2 ?激光焊接技術的應用

2.1 制造業(yè)領域

早在20世紀80年代，千瓦級激光器的誕生促使激光焊接技術被成功應用于工業(yè)生產中，而在之后的發(fā)展中，激光焊接技術被應用最多的就是汽車制造業(yè)中。尤其是當今汽車市場非?；鸨?，汽車制造業(yè)迅速發(fā)展，激光焊接技術為汽車制造提供了強大的技術支持。就拿發(fā)達國家美國和日本來說，兩個國家在汽車制造業(yè)上都屬于世界領先水平，90年代初，美國非常有名的通用、福特和克萊斯特汽車制造公司引入了激光焊技術，雖然相對而言激光焊接技術的引入有些晚，但是，這并沒有阻礙激光焊接技術快速發(fā)展的腳步，美國相關研究人員對激光焊接技術做出了更大的提升，使得其在汽車制造業(yè)上發(fā)揮了更大的作用。眾所周知，日本的本田、豐田都是非常出色、實力很強的汽車制造企業(yè)，它們所生產的汽車覆蓋件都利用了激光焊接技術，尤其是高強鋼激光焊接裝配件具有非常優(yōu)良的性能，如今被廣泛應用于汽車制造業(yè)中，促進了汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。

2.2 粉末冶金焊接

隨著科學技術水平的不斷提高，在很多制造業(yè)中，傳統(tǒng)的材料已經無法滿足產品生產的需要，因而，在很多制造業(yè)中都對材料提出了更高的要求。在眾多新型材料中，粉末冶金材料成為了汽車、飛機等制造業(yè)所青睞的冶鑄材料，而要想很好的利用粉末冶金材料，就必須解決它與其他零件的連接問題。傳統(tǒng)的焊接技術顯然無法滿足焊接需求，而激光焊接技術的誕生有效解決了這一問題，不僅使粉末冶金材料可以與很多種合金進行焊接，而且其焊接強度也非常高。

2.3 電子工業(yè)領域

正如我們上述提到的激光焊接技術的優(yōu)點之一是其焊接熱影響區(qū)域小，而在電子工業(yè)中，所要焊接的通常都是比較微小的電子元件，因而，激光焊接技術就可以在電子工業(yè)領域中發(fā)揮其優(yōu)勢。此外，激光焊接技術在真空器件研制中也得到了應用，在過去，由于傳感器、溫控器中的彈性薄壁波紋片厚度非常小，大約在0.05—0.1mm之間，傳統(tǒng)電弧焊焊接技術穿透力極強，稍微不小心就可能會穿透波紋片，并且還會影響到其他區(qū)域，穩(wěn)定性較差，這給焊接工作帶來了極大的困難，而應用激光焊接技術由于其穩(wěn)定性強，激光束容易控制，且熱影響范圍很小，就可以很容易完成波紋片焊接工作。

2.4 生物醫(yī)學領域

20世紀70年代，國外研究學者就將激光焊接技術應用到了焊接輸卵管和血管上，并且順利完成了焊接工作，這使得更多的研究人員看到了激光焊接技術的優(yōu)越性。我國生物醫(yī)學研究人員將激光焊接技術應用于大白鼠膽總管焊接上，經過實踐證明激光焊接具有吻合速度快的特點，并且在愈合過程中沒有異物反映，而被修復的組織依舊可以按照原生物力學性狀生長，這為未來的生物醫(yī)學發(fā)展又提供了寶貴的參考價值。

3 ?結語

總而言之，近年來，激光焊接技術被廣泛應用于汽車、輪船等制造業(yè)，以及電子工業(yè)和生物醫(yī)學等領域中，該焊接技術的原理主要是利用了激光束聚焦后能獲得高能量的特點，進而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金屬受到激光束產生的熱能而融化，即可進行焊接工作。激光焊接技術與傳統(tǒng)焊接技術相比具有突出的優(yōu)越性，促進了焊接行業(yè)的快速發(fā)展，同時，也正是因為激光焊接技術的優(yōu)勢，近年來被廣泛應用于汽車制造業(yè)、粉末冶金焊接、電子產業(yè)以及生物醫(yī)學領域，為各領域在焊接方面做出了突出的貢獻，促進了我國工業(yè)、醫(yī)學等各行各業(yè)的快速發(fā)展。激光焊接技術以其獨有的優(yōu)勢給很多領域的工作帶來了極大的方便，不僅促進了焊接技術的發(fā)展，而且?guī)恿斯I(yè)、農業(yè)等很多行業(yè)的進步。

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