激光焊是什么

　　激光焊是一種以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。由于激光具有折射、聚焦等光學(xué)性質(zhì)，使得激光焊非常適合于微型零件和可達(dá)性很差的部位的焊接。激光焊還有熱輸入低，焊接變形小，不受電磁場(chǎng)影響等特點(diǎn)。由于激光器價(jià)格昂貴、電光轉(zhuǎn)換效率較低等原因，激光焊尚未廣泛應(yīng)用。

　　激光焊接是激光材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應(yīng)用于微、小型零件的精密焊接中。

　　激光焊的優(yōu)缺點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦最低。

　?。?）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用。

　?。?）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至最低。

　?。?）激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周圍的機(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發(fā)揮。

　　（5）工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。

　?。?）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件，

　?。?）可焊材質(zhì)種類范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。

　?。?）易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。

　　（9）焊接薄材或細(xì)徑線材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。

　?。?0）不受磁場(chǎng)所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。

　?。?1）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬

　?。?2）不需真空，亦不需做X射線防護(hù)。

　?。?3）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá)10:1

　?。?4）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。

　　缺點(diǎn)：

　　（1）焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。

　　（2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的最終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。

　?。?）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過19mm的工件，生產(chǎn)線上不適合使用激光焊接。

　　（4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變。

　　（5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。

　?。?）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。

　　（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。

　　（8）設(shè)備昂貴。

　　激光焊的應(yīng)用領(lǐng)域

　?。?）激光焊接在國(guó)外汽車工業(yè)中的應(yīng)用

　　1） 白車身激光焊接

　　汽車工業(yè)中的在線激光焊接大量用在白車身沖壓零件的裝配和連接上。主要應(yīng)用包括車頂蓋激光焊、行李箱蓋激光釬焊及車架激光焊接。

　　另一項(xiàng)比較重要的車身激光焊接應(yīng)用，是車身結(jié)構(gòu)件（包括車門、車身側(cè)圍框架及立柱等）的激光焊接。采用激光焊的原因是可提高車身強(qiáng)度，并可解決一些部位難以實(shí)施常規(guī)電阻點(diǎn)焊的難題。

　　2） 不等厚激光拼焊板

　　車身制造采用不等厚激光拼焊板可減輕車身重量、減少零件數(shù)量、提高安全可靠性及降低成本。

　　3） 齒輪及傳動(dòng)部件焊接

　　20世紀(jì)80年代末，克萊斯勒公司的Kokomo分公司購(gòu)進(jìn)九臺(tái)6kWCO2激光器，用于齒輪激光焊接，生產(chǎn)能力提高40%。90年代初，美國(guó)三大汽車公司投入40多臺(tái)激光器用于傳動(dòng)部件焊接。奔馳公司經(jīng)研究利用激光焊接代替電子束焊接，因?yàn)榍罢吆缚p熱影響區(qū)小。美國(guó)福特汽車公司用4。7kWCO2激光器焊接車輪鋼圈，鋼圈厚1mm，焊接速度為2。5m/min。該公司還采用帶有視覺系統(tǒng)的激光焊接機(jī)，將六根軸與鍛壓出來的齒輪焊在一起，成為轎車自動(dòng)變速器的齒輪架部件，生產(chǎn)率為200件/h。

　?。?） 光纖激光焊在造船及海洋工程方面的應(yīng)用

　　許多輪船都是先制造出許多獨(dú)立的局部組件結(jié)構(gòu)單元，再在水中的船臺(tái)上一個(gè)個(gè)進(jìn)行組裝。采用激光焊技術(shù)制造海洋建筑物局部組件非常合適，因?yàn)樗Y(jié)合了焊接切割自動(dòng)化技術(shù)與激光技術(shù)。與弧焊方法相比，采用該技術(shù)可以大大提高生產(chǎn)率。

　　造船中，采用光纖激光技術(shù)，可以無需進(jìn)行焊接邊緣預(yù)處理和焊前或焊后熱處理就能將部件焊接在一起。與弧焊相比，激光焊的焊接接頭窄，熱影響區(qū)小，而且沒有傳統(tǒng)弧焊方法中出現(xiàn)的由于弧吹或電極磨損引起的焊接缺陷。所以，接頭采用光纖激光焊，可以實(shí)現(xiàn)新的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這在以前是不可能實(shí)焊接接頭比弧焊焊接接頭更加經(jīng)濟(jì)， 質(zhì)量更好。

　　（3） 激光焊在飛機(jī)制造中的應(yīng)用

　　激光束焊具有能量密度高，熱影響區(qū)小，空間位置轉(zhuǎn)換靈活，可在大氣環(huán)境下焊接，焊接變形極小等優(yōu)點(diǎn)。它主要應(yīng)用于飛機(jī)大蒙皮的拼接以及蒙皮與長(zhǎng)桁的焊接，以保證氣動(dòng)面的外形公差。另外在機(jī)身附件的裝配中也大量使用了激光束焊接技術(shù)，如腹鰭和襟翼的翼盒，結(jié)構(gòu)不再是應(yīng)用內(nèi)肋條骨架支撐結(jié)構(gòu)和外加蒙皮完成，而是應(yīng)用了先進(jìn)的鈑金成形技術(shù)后，采閑激光焊接技術(shù)在三維空間完成焊接拼合，不僅產(chǎn)品質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，而且工藝再現(xiàn)性好，減重效果明顯。

　　激光焊也多見于薄壁零件的制造中，如進(jìn)氣道、波紋管、輸油管道、變截面導(dǎo)管和異型封閉件。這些零件的傳統(tǒng)焊接方法多采用微弧等離子弧焊，或者是小電流鎢極氬弧焊。隨著鈦合金材料的大量使用，即便采用了這些低線能量的焊接技術(shù)，仍然由于薄壁材料引起的焊接變形超出公差范圍和焊接缺陷的無法修復(fù)等原因，導(dǎo)致傳統(tǒng)焊接工藝面臨淘汰的命運(yùn)。激光束焊接配以局部保護(hù)措施，非常適合焊接薄壁鈦合金殼體零件。

　?。?）復(fù)合激光焊的應(yīng)用

　　復(fù)合激光焊技術(shù)結(jié)合了激光焊和傳統(tǒng)氣體保護(hù)焊（GMAW）兩者的優(yōu)點(diǎn)，激光焊能在較小的熱輸入量和小的焊接熱影響區(qū)（HAZ）情況下獲得較大的熔深；所附加的氣保焊（GMAW）可以大大擴(kuò)展接頭根部間隙的大小，改善表面狀態(tài)和雜質(zhì)的允許量；提高根部間隙填充和成形質(zhì)量以及加強(qiáng)對(duì)焊接冶金的控制。

　?。?） 激光焊在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

　　激光焊是用激光來加熱， 所以它可以穿透透明介質(zhì)， 能夠焊到透明介質(zhì)容器的里邊去。這是其他焊接方法難以做到的。這種方法也被利用到醫(yī)學(xué)里邊，比方講我們有些患者視網(wǎng)膜脫落，視網(wǎng)膜是在眼球的后面，視網(wǎng)膜脫落以后眼睛就會(huì)失明。利用激光的辦法，透過眼球焊到眼球后面，把這個(gè)視網(wǎng)膜和眼球焊起來。這個(gè)已經(jīng)是很成功的手術(shù)了。