激光焊接技术及其特点

周明召

[摘要]激光焊接是一种新型的特殊焊接方法，能够实现很多种材料的连接，而且激光焊接具有传统焊接工艺无法比拟的优越性。本文主要介绍了激光焊接技术的发展历程、原理及其工艺特点。

[关键词]激光焊；发展；原理；特点

前言

自1960年第一台激光器问世以来，人们对激光应用技术不断的进行探索研究。由于激光具有非常好的单色性、相干性、方向性以及高能量密度等不可比拟的优越性，激光加工技术已经被广泛应用于汽车、航空航天、船G、医疗、通讯设备等领域，促进了相关领域的快速发展。

激光d接技术是激光工业应用的一个重要方面，在激光器出现不久就有学者开始了激光d接技术的研究，激光d接技术逐渐得以实现并受到人们的重视。激光d接是一种新型的特殊d接方法，它所需要的功率密度达105—107W/cm2。

早期的激光d接研究大多采用红宝石脉冲激光器，由于激光器很低的工作效率和发光物质的受激性差，致使激光平均输出功率很低，只能进行小型薄壁件的传导d接。随着高功率C02激光器和Nd：YAG激光器的*生，开辟了激光d接的新领域，激光d接得到了迅速的发展。Nd：YAG激光器的波长比C02激光波长小一个数量级，因而其光束与金属的合效率高、加工性能良好，成为激光点d和激光缝d的优选设备。激光d接的厚度已从零点几毫米提高到50ram，目前在世界各国激光加工的应用领域中，激光d接的应用仅次于激光切割的应用，约占20.9%。激光d接能够实现很多类型材料的连接，而且激光d接具有传统d接工艺无法比拟的优越性，尤其是航空与汽车工业中同种或异种难d的薄板合金材料的激光d接，使d接结构变形小、d接接头质量高、重现性好。

1激光焊接原理

激光d接可分为传热d和深Od，传热d接时产生的热量通过热传递扩散至工件内部，使d缝表面。化，基本不产生汽化现象，常用于低速薄壁材料的d接；深Od还使材料汽化，形成大量等离子体，由于热量较大，o$前端会出现小一现象。深Od能够彻底d透工件，且输入能量大、d接速度快，是目前使用最广泛的激光d接模式。

（1）激光传热d接机理。当激光功率密度小于105W/cm2时，金属表面温度迅速加热到。点和z点之间而。化，通过热传导把热能向金属内部传递，使o$逐渐扩大，冷却凝固时结b形成d点或者d缝，d缝类似为%球形。激光与材料的相互作用过程中，很大一部分激光束被金属表面反射，激光的吸收率较低，没有&汽压的作用，激光光斑功率密度也会变得较低，不产生小一效应。因此，传热d接时。深浅，速度较慢，主要应用于薄板等材料的d接。

（2）激光深Od接机理。当照射到金属表面的激光功率密度大于106W/cm2时，金属表面温度可在极短的时间内（10-6～10-5s）使加热区域的金属0化及汽化，产生金属液体和金属&汽，气态金属产生的&汽压力很高，足以克服液态金属的表面张力，把。化的金属向四周M散，形成小一。随着金属&汽的出，在工件上方及小一内部形成等离子体，较厚的等離子体会对入射激光具有一定屏蔽作用。激光束在小一内产生多重的反射，小-几乎可以吸收全部的激光能量，使小-进一步加深，当激光束在小-产生的金属&汽压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小-不再加深而形成一个稳定深度的小-，这就是小-效应。

当工件以一定的速度相对于激光束移动时，小-前方的金属不断。化和汽化，液态金属流向小一后方，逐渐凝固形成d缝，这种d接机制叫深Od，是激光d接中最常用的d接模式。

在激光深Od时，材料对激光束的吸收决定于小一和等离子体效应。一般来说，工件表面的等离子体云吸收部分激光，使激光有效的能量较低，并使光束波前T变导致焦光斑扩散，使表面。化区扩大，因此等离子体云对d接过程有害。常采用以下两种预防措施：一是使用保护气体M散激光与工件作用点反冲出的金属&汽；第二种是使用保护气体，抑制金属&汽电离，阻止等离子体云的产生。

2激光焊接特点

激光d接技术经历了从脉冲激光d接到连续激光d接，低功率d接到高功率d接，薄板d接到厚板d接，低速d接到高速d接的过程。与传统的d接方法相比，激光d接技术具有很多独特的优势。

（1）能量密度高。功率密度达106-108W/cm2，比电4 d高出几个数量级；深宽比大；d缝b h细小致密。

（2）激光d接速度快、o深大。由于能量密度大，激光d接过程中，在金属材料上产生G一，激光能量通过小一往工件d接方向传导，而横向传导较少，因而在d接时，能量较集中，o深大，d接速度快。

（3）激光d接热输入量小，热影响区小，d接变形小。由于激光d接功率密度高，所以很小的热输入量就可以实现良好的d接，从而热影响区及d接变形很小。

（4）能在室温或者特殊条件下进行d接。激光在真空、空气及某种气体环境中均能d接，并能通过OP或对光束透明的材料进行d接。

（5）可以d接一般d接方法难以d接的材料，以及同种或异种难d材料。如高。点金属等，甚至可用于非金属材料的d接，如n N等。

（6）可实施非接触远距离d接。没有工具损耗和工具调换等问题。

（7）d接系统具有高度的＼性。与CAD/CAM或机器人联合组成的d接系统可形成多功能的激光加工系统，易于实现自动化。

但是，激光d接与传统的d接方法相比，也存在一定的局限性。

（1）对d接工件加工、组装、定位要求较高。

（2）激光器及d接系统成本较高，一次性投资较大。

（3）受。深的限制，激光d接不适宜d接厚度较大的材料。endprint