激光焊接技术的研究现状及应用

陆建卫

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-8165

摘  要：随着科学技术的日益发展，激光焊接技术在社会各行各业中广泛应用的领域也在不断扩大，对国民经济和工业社会的发展都具有重要的促进意义，当前世界上各个发达国家也都在不断加强对激光焊接技术的研发。同时，由于环境保护意识的提升和自动化程度要求的不断提高，激光焊接技术也迎来了蓬勃发展的机会。随着激光焊接技术的日益发展，在生产制造业中的运用也越来越普遍。该文重点对激光焊接技术的发展现状以及应用的领域展开了深入研究，并期望可以为相关科技的进一步发展提供参考。

关键词：激光焊接技术   现状   应用领域   激光科技

中图分类号：TG456                         文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（a）-0041-03

Research Status and Application of Laser Welding Technology

LU Jianwei

（Changzhou Railway Higher Vocational and Technical School， Changzhou， Jiangsu Province， 213011 China）

Abstract： With the gradual development of science and technology， laser welding technology has been widely used in all walks of life， which is of great significance to promote the development of national economy and industrial society. At present， all developed countries in the world are also constantly strengthening the research and development of laser welding technology. At the same time， due to the promotion of environmental protection awareness and the continuous improvement of automation requirements， laser welding technology has also ushered in opportunities for vigorous development. With the increasing development of laser welding technology， its application in manufacturing is becoming more and more common. This article focuses on the development status and application fields of laser welding technology in-depth research， and hopes to provide references for the further development of related technologies.

Key Words： Laser welding technology; Status quo; Application field; Laser technology

激光焊技術在激光科技中有着重要的地位，已经在当前的社会中得到应用和发展，一些发达国家已开始把激光焊在工业生产中进行使用，并取得了相当好的成效。但是在我国，因为面临着特殊的社会经济环境，导致了公司在具体应用激光焊接技术之时，通常以公司当前的运营状况为基础，制定更加符合公司现实情况的发展战略。随着中国制造业的蓬勃发展和提高，激光焊接技术的未来应用也将大放光彩，并有巨大的发展空间。所以，必须更深入地对其加以深入研究，并指出其在工业中广泛应用领域和技术要求，为中国工业的发展做出贡献。

1  当前激光焊接技术的研究现状

1.1 国外对其研究现状

国外的激光科技及其制造业已经相当成熟，早在20世纪80年代，一些发达国家就已对相关技术展开研究和分析，把激光科技运用到传统工业中。以欧美发达国家以及日本为例，这些依靠自己发达的科技能力和优越的工业基础，在政府合理的政策引导和财政扶持之下，激光焊接科技发展的相当迅速，尤其是步入新世纪之后，已经从众多的电子制造业以及其他产业中通过激光焊接技术的现状和发展看到激光焊接技术的广泛应用，包括电子产业、造船工业、车辆制造业等，均可以看出激光焊接技术的广泛应用。同时，由于他们也希望可以对整个技术过程加以合理运用，因此已初步建立了焊接技术的行业标准，以便可以在一个合理可控的区域内进行使用。与此同时，为提高焊接效率，并促进激光焊技术得以更好地运用到现代的大型制造，尤其是在大规模制造业和建筑业，西方国家在近年来也积极探究了提高激光焊的工作效率，通过利用大功率激光器的技术研究，进而驱动并实现了大功率激光焊技术，进而真正地运用于大规模制造业、建筑业或者是军工领域，从而实现了潜艇和舰船的现代化建造[1]。

1.2 国内对其研究现状

相對于在国外已成熟的工艺技术而言，我国在改革开放后才开始逐渐接触和熟悉激光工艺技术，而且直到20世纪90年代末才逐渐地将激光工艺技术与传统的机械焊接应用技术相结合。当前，我国激光焊接技术研发方面在走在最前端的为哈尔滨焊接研究院。近年来，该企业除逐步发展和研究新的激光焊种类与设备之外，也积极总结了国外发展的最新动向，并研究了大功率激光焊技术的最新突破和发展，而科学研究结果也证实了其已成功克服了国内重大构件的焊接难点问题，无疑标志中国的激光焊接技术领域新的突破，同时也为未来重大工程项目的激光焊接技术运用打下了重要基础。

总体来说，尽管国内的激光焊接技术和国外当前的研究成果及其发展进程之间还有一些差别，不过随着科学研究的不断深入，差别也正被逐渐缩小，激光焊接技术在实际生产生活中也正发挥着越来越重要的作用[2]。

2  当前激光焊接技术在各领域中的应用

2.1 激光焊接技术在航天航空领域的应用

电子束焊接、激光焊接、线性摩擦焊，以及扩散焊接法等是在飞机和航空工业领域中应用得较为普遍的一种焊接工艺技术，其中，激光焊接技术的使用相对来说更加重要。激光焊接技术主要应用在武器装备制造和飞行器的加工生产当中，包括在飞行器蒙皮的拼接、飞机蒙皮与长衍的连接、飞行器机体附件的装配、飞机薄壁加工零部件的制造、合金飞机舵翼焊接加工等，都运用得非常普遍。早在四十多年前，美国人就通过研究并尝试把激光焊接技术运用到飞机零部件和材料的加工制造生产过程中，并获得了一定的研究成果，欧洲一部分国家也尝试将激光焊接技术使用在飞机的生产制造过程中。当前，工程技术人员与专家学者们已经对飞机制造中不同材质的激光焊接技术应用情况做了大量思考和研究，极大地促进了激光焊接技术在宇航领域中的广泛应用，而事实也证明，激光焊接技术能够减轻基体重量、优化飞行器结构特性，大大推动了航空工业的发展。

2.2 激光焊接技术在船舶制造领域的应用

由于在大型船舶生产和制造工艺过程中所采用的板材都是具有比较大的厚度与比较长的长度，因此在进行加工或者是焊接时经常会发生板材在加工中发生了变形或者翘曲等情况。根据相关资料表明，如果充分地运用了传统焊接的工艺，就必须按照要求在整个船板上投入1/4的时间和精力，对整个船板或零部件的外观或者形状进行进一步加工和处理，对于焊接工作的效率也将会产生很大的影响，不利于改善和提高所加工的精度和准确性。但是，如果直接利用激光技术来进行焊接，这种新型的技术会带来高密度能量和表面积较小的发射性光斑，在焊接过程中并没有因为这些原因而导致加工过程中出现以上的几个问题。而且对船舶制造所需的各种船板材料进行加工制造时，不同的加工程序都具有不同的加工工作台，板材则需要经过切割后去到其它地方再进行焊接加工处理，如果采用了激光焊接加工，就可以将所有的材料放置在相同的加工工作台，并对其进行焊接加工的操作，可以让工作的精力和时间都得到有效控制和节省，极大地改善了船舶加工制造的质量和工作效率[3-4]。

2.3 激光焊接技术在汽车制造领域的应用

随着科学技术的发展以及人民消费水平、生活质量的改善，汽车生产领域对汽车车体的轻量化以及对汽车车身的艺术美学的要求越来越高，而激光焊接技术也因其加工效果优良、产品质量好、工作效率高等优点脱颖而出，迅速成为汽车生产领域焊接工艺技术应用中的宠儿。在车辆生产中，激光焊接技术主要运用在厚钢板的激光拼焊、汽车总成和分系统总成的激光组焊、车辆零件的激光焊接等工序中。欧美一些国家的汽车制造商对激光焊接技术的应用起步比较早，开始于20世纪80年代，奥迪、奔驰、通用等大家耳熟能详的汽车生产品牌当时就开始将激光焊接技术引入到车辆生产制造中，促进了激光焊接技术在车辆生产制造领域中的深入运用与发展[5]。

2.4 激光焊接技术在塑料制品加工领域的应用

传统焊接技术通常使用热熔焊以及振动摩擦焊和高频焊接为主要的加工方法，随着当前不同行业对塑料制品工艺要求的提高，一些传统的焊接工艺已经难以满足加工需求。对于一些要求快速焊接、精细焊接的塑料制品件，采用激光焊接技术则更具有优势。对于一些尺寸小或外观结构复杂的塑料制品件，激光焊接均可以细微地焊接每一个部位，同时采用激光焊接技术可以大幅度减小制品的振动力和热应力，从而可以延缓塑料制品的老化速度。

2.5 激光焊接技术在生物医药领域的应用

在20世纪70年代，激光焊接技术就已经在生物医药的领域中进行了应用，之前大多是通过激光焊接对血管和输卵管进行处理，但随着时代的发展和科学技术的不断提高，激光焊接技术在生物医药领域的应用范围也已逐渐扩大，同时产生了不错的经济效益。当前，对于国内的生物医药领域，人们主要是研究与开发激光焊接技术对于神经系统方面的应用，但需要考虑激光的波段和波长，需要选择恰当的激光焊接材料和所使用的药物。同时，激光焊接技术还在口腔科中广泛开展研究和应用，作为口腔科的一种创新技术，现已取得了不错的应用效果。

3  激光焊接技术的发展趋势分析

随着焊接技术的进一步发展与突破，在激光焊接技术的研发过程中就更显示出了它的独到之处。激光焊接技术可以对金属材料进行快速而高效的焊接，当激光束产生的瞬间，由于其自身具有的高聚焦特性，可导致在激光束内蕴含有极高的功率密度，这就使得激光束能够在极其短的时间内释放出大量的热能量，进而可使焊接效率大为提高，确保了焊接质量。正是由于激光焊接技术所拥有的瞬时焊接优势，从而使得它有着十分广泛的应用前景。在激光焊接技术的实际应用过程中，由于激光束在直接照射金属材料表面时，并不会对金属材料的照射面积之外产生影响，因此也没有引起金属材料表面在焊接过程中产生较大损伤，并且在焊接过程全部完成后也不需再进行相关的表面加工处理，这也就使激光焊接技术特别适合于对各类精密零件表面进行加工处理，使得较高难度的焊接作业也可以快速实现。在以往的焊接技术规范中，通常规定了对所有焊接材料的材质要求都必须一致，而采用了激光焊接技术，就不必再对焊接材料的材质有很大的限制，所以即便是材质不同的焊接材料，也可以使用激光焊接技术实现轻松焊接。可以说，激光焊接技术的形成与广泛应用，既有效地克服了传统焊接技术中所出现的问题，又减轻了传统焊接作业的难度[6]。

激光焊接技术经过半个多世纪的发展，其技术水平也走向了日益完善，并且已经逐步地在越来越多的工业领域中广泛应用。在航空航天、电子仪表、机械制造、钢铁冶金、汽车制造、医疗器械等行业应用领域当中，激光焊接技术发挥着日益巨大的功能，比如：在汽车零部件生产当中，便可以采用激光焊技术来对车辆的覆盖部件进行加工生产，而美国、日本等先进国家还把激光焊技术运用到纯氮气环境中的航空配件生产当中。随着激光焊接技术的进展，将有越来越多大功率、大容量激光发生器、激光焊接智能化控制技术被研发出，同时焊接工艺也将变得更加精细化，这都将使得激光焊接技术在未来发展中拥有无比光明的应用前景。

4  结语

综上所述，激光焊接技术凭其自身的独特优势已经在多个行业内普遍应用，并且获得了非常好的经济效益，逐步替代了一些传统焊接技术。但是，我们还是需要特别注意激光焊接技术在使用过程中出现的一些问题和缺陷，有关技术研究部门及人员应该进一步加强研发力度，可以加强与国外先进技术研究部门及人员的交流和沟通，扬长避短，进一步提升新技术的应用水平，从而在中国的制造业发展中作出更大的贡献，并推动整体制造业的健康发展。

参考文献

[1] 李志红，黄博，罗志伟.激光焊接技术的研究现状及应用[J].中国设备工程，2020（23）：178-181.

[2] 汪健坤，李强，黄磊，等.激光焊接技术最新研究进展及应用现状[J].金属加工（热加工），2020（3）：4-10.

[3] 陈松坤.基于知识工程的船舶结构三维设计与优化[D].上海：上海交通大学，2018.

[4] 朱星辰.船用螺旋桨的参数化建模及数控加工[D].天津：天津工业大学，2020.

[5] 段东磊.激光焊接技术在汽车制造中的应用现状及发展趋势[J].世界制造技术与装备市场，2019（5）：38-44.

[6] 胡延鹤，张玉兰.论激光焊接技术的研究现状及发展趋势[J].内蒙古煤炭经济，2019（17）：166-167.