探析工業機械激光焊接技術

羅小勇

摘要：現代科學技術高速發展，激光技術與焊接技術的完美結合催生了激光焊接技術，這一技術是目前工業機械加工及制造中較為常見的一種焊接技術，其優勢在于焊接效率高、質量好、適應性強，有效彌補了傳統焊接技術的不足之處。因此，本文對工業機械激光焊接技術進行探析，以期為相關人員提供一些參考。

關鍵詞：工業;機械;激光焊接技術

1激光焊接技術的原理

激光是由激光發生器發出的單色光，通過光纖傳導到特制透鏡上進行聚焦，使光束聚焦在一點，并且集中對該點輸入熱量。由于激光束的這種特性，單位照射面積能量能夠達到107W/cm2以上。在這種規模的熱輸入情況下，受熱金屬會因為溫度瞬間超過熔點而氣化，這些金屬蒸氣會在熔化的金屬中產生一個小孔，我們稱其為匙孔。由于匙孔的形狀呈細長，所以在其形成之后，激光束會在匙孔內壁發生多次反射，并被吸收，因而使得熔深增加。經研究發現，如果激光發生器發出的激光束波長單一，沒有雜光，那么能量密度在4×106W/cm2左右時就能產生這種匙孔。激光焊接過程中，起加熱作用的激光光斑對試件進行集中加熱，可以使工件在受最少熱輻射量的情況下就能達到焊接條件;可以避免由于焊件過度加熱而導致的變形。另外，激光焊接的加熱源是光斑，所以本質上激光設備未與工件發生實質性的接觸，因此在焊接的過程中就不存在電極污染、機具損耗等問題。

2激光焊接技術的工藝參數

（1）焊接速度。焊接速度決定了激光焊接過程中，激光光斑在焊件上的停留時間，光斑行走速度小，每秒輻射能量大，將導致板材被穿透;光斑行走速度大，則會使熔深變淺，焊得不充分。因此，在實際使用過程中應找到一個合理的焊接速度范圍。（2）離焦量。在激光焊接中，離焦量是一個獨有且重要的參數，因為激光是通過透鏡將單色光進行聚焦而獲得高能光斑的，所以激光有一個焦點，在焦點處，功率密度最大。然而實際應用時會根據不同的條件，可以將待焊工件沿透鏡光軸方向偏移一段距離，偏移后工件在光軸方向與焦點的距離即為離焦量。經研究表明，離焦量決定著匙孔的初始直徑、熔池的擴展速度、焊點尺寸的大小。

3激光焊接技術的研究現狀

3.1國外激光焊接技術的研究情況

國外對激光技術的研究也一直領先于國內，激光焊接技術在國外的研究和發展起源較早、發展速度快、應用范圍廣。歐盟、美國等歐美發達國家及亞洲的日本早在上個世紀七、八十年代就開展了激光焊接技術的相關研究，并將焊接技術應用到傳統制造應當中去，在實踐中檢驗研究成果，進一步研究和發展激光焊接技術。這些發達國家憑借工業基礎雄厚、經濟發達、科學技術發展快、國家政策支持等優勢率先在激光焊接技術應用領域占據一席之地，迅速發展激光焊接技術。目前，這些發達國家已經拓展出了焊接技術應用更加寬廣的范圍和領域，越來越多的行業中可以看到激光焊接技術的應用，汽車工業、電子工業、船舶制造等，比比皆是。除此之外，為了更好地促進激光焊接技術的發展和應用，西方發達國家還初步建立了行業標準、維護行業秩序，以便其更好地為制造業及其他相關領域服務。

3.2國內激光焊接技術的研究情況

與國外相對較為成熟的激光焊接技術研究不同，我國改革開放后才開始探索和研究激光技術，對于激光技術與焊接技術相結合的研究更是直到上世紀九十年代末才逐漸起步和發展。與西方發達國家相比，上個世紀我國的工業基礎相對較弱，科技較為欠發達，經濟發展也相對處于劣勢。雖然起步較晚，我國對激光焊接技術的研究進展較快，也有所突破，我國的科學家和學者一直關心著國際上激光焊接技術研究的最新動向，并積極拓展新的研究領域，探索大功率激光焊機技術的應用，并取得了一定的成績。

4工業機械中激光焊接技術的應用

4.1激光焊接技術在航天航空領域的應用

電子束焊、激光焊、攪拌摩擦焊、線性摩擦焊和擴散焊等是航空航天領域中較為常見的幾種焊接技術，其中，激光焊接技術的應用相對來說較為重要。激光焊接技術主要應用于武器裝備及飛行器的制造，在飛機蒙皮的拼接、蒙皮與長衍的焊接、機身附件的裝配、薄壁零件的制造、合金飛行舵翼焊接以及燃料貯箱加強筋條激光焊代鉚等中均應用廣泛。早在四十多年前，美國就曾通過研究嘗試將激光焊接應用于飛機零件和材料的制造中，并取得了一定的研究成果。歐洲一些國家也嘗試將激光焊接技術應用于飛機的生產過程中。目前，科學家及學者們對飛機制造常用材料的激光焊接技術應用做了大量考察和研究。實踐證明，激光焊接技術能夠減輕基體重量、優化飛機結構性能，促進了航天制造業的發展。

4.2激光焊接技術在汽車制造領域的應用

汽車制造對于汽車車體的重量和汽車車身的藝術美感要求越來越高，激光焊接技術以其加工效果優異、質量好、效率高等優勢脫穎而出，成為了汽車制造領域焊接技術應用中的寵兒。在汽車制造中，激光焊接技術主要應用于不等厚板的激光拼焊、車身總成與分總成的激光組焊、汽車零部件的激光焊接等工藝中。歐美等一些國家的汽車制造公司對焊接技術的應用起步較早，奧迪、奔馳、通用等我們熟知的汽車制造品牌紛紛把激光焊接技術引進到汽車制造中，推動了激光焊接技術在汽車制造領域的進一步應用和發展。

4.3激光焊接技術在船舶制造領域的應用

經濟全球化進程的加快使得國際貿易發展日益繁榮，海運作為一種性價比高的物流手段廣受青睞，這也給船舶制造業提出了更高標準的新要求。為了適應經濟和貿易的發展，船舶制造正逐步朝著輕量化的方向發展。激光焊接技術在船舶制造和修理中的應用使得焊接效率和焊接質量均得到了提高，船舶輕量化的要求也因此得到了滿足，可以說，焊接技術的應用給船舶制造業帶來了變革。目前，歐洲國家對焊接技術在船舶制造業中的應用的研究最為成熟，焊接技術被廣泛應用于甲板和艙壁，極大地推動了船舶制造業的發展。

5激光焊接技術的發展趨勢分析

隨著焊接技術的不斷發展與突破，激光焊接技術在研究過程中也體現出其獨有之處，激光焊接技術能夠對材料進行快速高效的焊接，當激光束產生時，由于其高度聚焦性，使激光束中蘊含著極高的功率密度，這使得激光能夠在極短時間內釋放出大量的能量，進而使焊接效率大幅提升，保障焊接質量。正是因激光焊接技術所具備的瞬時焊接優勢，使其具有極為廣闊的發展前景。而且，激光焊接技術在應用過程中，激光束在照射材料表面時，并不會對材料照射面積之外的區域產生影響，因此不會導致材料在焊接過程中出現較大損傷與變形，在焊接完成后也不需要進行相應的處理，這使得激光焊接技術非常適用于對各種精密零部件進行加工，可使高難度的焊接作業得以順利完成。

在以往的焊接技術中，常常需要焊接材料的材質相同，而通過激光焊接技術，則并不需要對焊接材料的材質有較高的要求，即使是材質不同的焊接材料，也能夠利用激光焊接技術進行輕松焊接?？梢哉f，激光焊接技術的出現與應用，有效彌補了傳統焊接技術所存在的不足，大大降低了焊接作業的難度?？紤]到激光焊接技術是通光激光束的照射來產生極高能量的，并且具有反射性的材料物質還會對激光進行反射，因此可利用反射鏡來對激光束的照射方向進行任意調整，這也使以往利用傳統焊接技術難以進行焊接的局部位置，很容易的利用激光焊接技術來進行焊接，比如對真空管中的電極進行焊接，便可通過激光焊接技術來實現。除此之外，激光焊接技術對外界的環境要求并不苛刻，即使在常溫環境下也能應用該技術，這使得某些材料的焊接作業可不用再依賴氣體保護或真空環境。

激光焊接技術歷經半個多世紀的發展，該技術正變得越來越成熟，并逐漸在越來越多的領域中應用，在船舶制造、鋼鐵生產、航空航天等領域中，激光焊接技術正發揮著越來越重要的作用，例如，在激車零部件制造中，便可通過雙面激光焊接來對汽車的覆蓋件樣品進行制造，美國、日本等發達國家還將激光焊接技術應用于純氮環境中的飛機配件制造之中。隨著激光焊接技術的發展，將有更多功率更大、容量更大的激光器被研制出來，焊接工藝也將變得越來越精細化，這也使激光焊接技術在未來發展中必將具備無比光明的應用前景。

6結語

綜上所述，雖然激光焊接技術還尚未成熟，但是由于其自身的優點，已經在汽車領域，醫療領域，輪船制造領域等重要領域取得了廣泛的應用，大大提高了工業制造的效率和質量。盡管目前這一技術得到了不斷地完善，但是我們仍舊需要看到這一技術存在的問題，針對問題解決問題，快速的提高激光焊接技術在實際應用中的效果，從而為我國的制造業以及工業做出新的貢獻。

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