激光焊接技術應用及其發(fā)展研究

周文

招商局郵輪制造有限公司 江蘇南通 226100

激光焊接技術的優(yōu)點是質量高，精度高，變形小。這是一項非常先進的焊接技術。當前，激光焊接在機械，航空航天，汽車工業(yè)，粉塵冶金等領域的生產中有應用。激光焊接研究的主要方向是CO2和YAG激光焊接各自的理論，包括智能激光焊接控制，混合焊接，避免焊接缺陷的原理和避免方法等。本文主要分析了激光焊接的相關原理，并討論了其實際應用和未來發(fā)展。

1 激光焊接的使用原理

激光焊接的原理是把強度非常高的激光束對金屬表面進行輻射，使激光和金屬發(fā)生相互作用，金屬發(fā)生融化冷卻后形成焊接。

1.1 熱傳導焊接

當激光照射在金屬表面，反射一部分激光，還有一部分被材料吸收，從而加熱熔化，材料表面熱量傳導至材料深處，使焊接件熔合在一起。

1.2 激光深熔焊

功率很大的激光束照射于材料表面的時候，材料吸收光能變?yōu)闊崮埽牧霞訜岬狡斦魵猱a生反作用力，導致熔化后金屬液體向四周排擠，產生一個凹坑，伴隨激光持續(xù)照射，凹坑不斷加深。當激光停止后，凹坑溶液出現(xiàn)回流，冷卻凝固使焊接件熔合。

2 激光焊接在不同行業(yè)的應用

2.1 在制造業(yè)的應用

目前，國外轎車制造中激光焊接技術受到普遍歡迎。全球范圍內使用激光焊接的生產線在數(shù)百條，并且每年的轎車剪裁激光焊坯板數(shù)量都在不斷增長。大眾在我國的轎車生產廠，包括帕薩特、別克、奧迪等都使用剪裁坯板結構制造汽車。目前，日本制鋼業(yè)的軋鋼卷材連接已經用 CO2激光焊接替代了閃光對焊。在超薄板焊接過程中，對于板厚在100μm 下的箔片不能使用熔焊，而采用特殊功率的 YAG 激光焊就可以，這說明激光焊的應用前景非常廣闊。

2.2 在粉末冶金領域的應用

由于科學技術的快速發(fā)展。很多工業(yè)制造對于材料都有特殊要求，傳統(tǒng)冶煉鑄造產生的材料不能符合目前的需求。粉末冶金材料的性能非常好，具有明顯的制造優(yōu)點。在很多領域，例如汽車制造、飛機、工具制造等都得到了普遍應用，逐漸替代傳統(tǒng)冶煉鑄造的材料。由于粉末冶金技術的不斷發(fā)展，在同其他零件進行連接過程中表現(xiàn)出了很多問題，導致粉末冶金材料不能得到普遍應用。由于激光焊的特殊性，將其用于粉末冶金焊接取得了很好的效果，推動了粉末冶金材料更好的應用。例如，在粉末冶金材料焊接中通常使用焊接金剛石，但因為強度比較低，不適合高溫和強度高的環(huán)境，會導致釬料發(fā)生脫落，使用激光焊接能夠有效提升焊接強度，并非常耐高溫。

2.3 在汽車工業(yè)的應用

20世紀80年代，已經在工業(yè)生產中引入了千瓦級激光焊接，當前汽車制造業(yè)中已經廣泛推廣激光焊接生產線，這極大地提高了汽車制造的效率。目前，很多著名汽車品牌，例如奔馳、奧迪、沃爾沃等已經普遍使用激光焊接車頂、車身等鈑金焊接。隨著技術發(fā)展，已經有越來越多汽車制造企業(yè)在制造中引入激光焊接，包括美國通用、福特、克萊斯勒等。意大利的汽車品牌菲亞特在鋼板組件焊接中也普遍應用了激光焊接。日本的汽車制造廠家，包括日產、豐田、本田等，都把激光焊接和切割工藝用于車身覆蓋件的制造。在汽車車身制造中，高強度材料激光焊接因為性能非常好受到普遍歡迎。當前，激光焊接鋼結構的消耗量逐年增加，已經占到了很多的比重。由于汽車制造業(yè)的特點是大批量、自動化水平高，因此激光焊接設備逐漸朝著高功率的方向發(fā)展。目前，對于激光焊接的工藝很多國家也進行了深入研究，例如，美國主要研究激光焊接中如何添加粉末金屬以及金屬絲，而德國研究者則把重點放在了鋁合金車身骨架的激光焊接上面，他們認為在焊縫中增加金屬可以避免產生熱裂縫，提升焊接速度，提高精確度，當前已經投入實際生產。

2.4 在電子工業(yè)中的應用

當前，在電子工業(yè)，尤其是微電子工業(yè)中，激光焊接都得到了普遍應用。因為激光焊接產生的熱影響區(qū)非常小，加熱能夠很快集中，而且熱應力小，所以普遍用于集成電路以及半導體殼體的封裝，具有很好的優(yōu)勢。在真空器材的研究中，激光焊接也取得了普遍應用，例如用于快熱陰極燈絲組件、不銹鋼支持環(huán)等。由于傳感器和溫控器中的波紋片厚度非常薄，傳統(tǒng)焊接技術不能做到，容易發(fā)生焊接穿孔的情況，而使用激光焊接技術就能取得很好的效果，因此受到普遍歡迎。

3 激光焊接的激光發(fā)生器和工藝發(fā)展趨勢

當前，激光焊接中使用的激光器包括高功率CO2和脈沖Nd：YAG激光器。對于激光，有必要提高電源的穩(wěn)定性并延長使用壽命。需要CO2氣體激光器來控制大功率放電穩(wěn)定性，并且需要YAG固態(tài)激光器來開發(fā)大容量和長壽命的光泵浦激發(fā)光源。目前，使用直接二極管陣列的激光輸出波長可使激光功率達到1kW，光電轉換效率達到50%。這些激光設備和激光技術有效地改善了焊接技術在各個行業(yè)中的應用。另外，需要加強對激光加工光束的質量的研究并提高外圍設備的加工質量。有必要對各種激光加工技術的激光束要求進行深入研究，以監(jiān)視加工質量，并研究光學系統(tǒng)的設計。我們還需要認真研究焊接工藝和材料，提高焊接設備的穩(wěn)定性，積極研究如何焊接有色金屬和特種金屬，以促進激光焊接技術的發(fā)展。

4 結語

本文主要闡述了激光焊接技術的使用原理和特點，總結了激光焊接在各個領域的應用，并展望了激光焊接技術的發(fā)展前景。激光焊接技術是一種先進的焊接技術。具有精度高，適應性強，能量強等特點。并廣泛用于制造業(yè)，汽車，冶金等行業(yè)，提高了生產水平和焊接質量。相信隨著激光焊接技術的不斷進步，激光焊接必將取得更大的進步。