探析工业机械激光焊接技术

罗小勇

摘要：现代科学技术高速发展，激光技术与焊接技术的完美结合催生了激光焊接技术，这一技术是目前工业机械加工及制造中较为常见的一种焊接技术，其优势在于焊接效率高、质量好、适应性强，有效弥补了传统焊接技术的不足之处。因此，本文对工业机械激光焊接技术进行探析，以期为相关人员提供一些参考。

关键词：工业;机械;激光焊接技术

1激光焊接技术的原理

激光是由激光发生器发出的单色光，通过光纤传导到特制透镜上进行聚焦，使光束聚焦在一点，并且集中对该点输入热量。由于激光束的这种特性，单位照射面积能量能够达到107W/cm2以上。在这种规模的热输入情况下，受热金属会因为温度瞬间超过熔点而气化，这些金属蒸气会在熔化的金属中产生一个小孔，我们称其为匙孔。由于匙孔的形状呈细长，所以在其形成之后，激光束会在匙孔内壁发生多次反射，并被吸收，因而使得熔深增加。經研究发现，如果激光发生器发出的激光束波长单一，没有杂光，那么能量密度在4×106W/cm2左右时就能产生这种匙孔。激光焊接过程中，起加热作用的激光光斑对试件进行集中加热，可以使工件在受最少热辐射量的情况下就能达到焊接条件;可以避免由于焊件过度加热而导致的变形。另外，激光焊接的加热源是光斑，所以本质上激光设备未与工件发生实质性的接触，因此在焊接的过程中就不存在电极污染、机具损耗等问题。

2激光焊接技术的工艺参数

（1）焊接速度。焊接速度决定了激光焊接过程中，激光光斑在焊件上的停留时间，光斑行走速度小，每秒辐射能量大，将导致板材被穿透;光斑行走速度大，则会使熔深变浅，焊得不充分。因此，在实际使用过程中应找到一个合理的焊接速度范围。（2）离焦量。在激光焊接中，离焦量是一个独有且重要的参数，因为激光是通过透镜将单色光进行聚焦而获得高能光斑的，所以激光有一个焦点，在焦点处，功率密度最大。然而实际应用时会根据不同的条件，可以将待焊工件沿透镜光轴方向偏移一段距离，偏移后工件在光轴方向与焦点的距离即为离焦量。经研究表明，离焦量决定着匙孔的初始直径、熔池的扩展速度、焊点尺寸的大小。

3激光焊接技术的研究现状

3.1国外激光焊接技术的研究情况

国外对激光技术的研究也一直领先于国内，激光焊接技术在国外的研究和发展起源较早、发展速度快、应用范围广。欧盟、美国等欧美发达国家及亚洲的日本早在上个世纪七、八十年代就开展了激光焊接技术的相关研究，并将焊接技术应用到传统制造应当中去，在实践中检验研究成果，进一步研究和发展激光焊接技术。这些发达国家凭借工业基础雄厚、经济发达、科学技术发展快、国家政策支持等优势率先在激光焊接技术应用领域占据一席之地，迅速发展激光焊接技术。目前，这些发达国家已经拓展出了焊接技术应用更加宽广的范围和领域，越来越多的行业中可以看到激光焊接技术的应用，汽车工业、电子工业、船舶制造等，比比皆是。除此之外，为了更好地促进激光焊接技术的发展和应用，西方发达国家还初步建立了行业标准、维护行业秩序，以便其更好地为制造业及其他相关领域服务。

3.2国内激光焊接技术的研究情况

与国外相对较为成熟的激光焊接技术研究不同，我国改革开放后才开始探索和研究激光技术，对于激光技术与焊接技术相结合的研究更是直到上世纪九十年代末才逐渐起步和发展。与西方发达国家相比，上个世纪我国的工业基础相对较弱，科技较为欠发达，经济发展也相对处于劣势。虽然起步较晚，我国对激光焊接技术的研究进展较快，也有所突破，我国的科学家和学者一直关心着国际上激光焊接技术研究的最新动向，并积极拓展新的研究领域，探索大功率激光焊机技术的应用，并取得了一定的成绩。

4工业机械中激光焊接技术的应用

4.1激光焊接技术在航天航空领域的应用

电子束焊、激光焊、搅拌摩擦焊、线性摩擦焊和扩散焊等是航空航天领域中较为常见的几种焊接技术，其中，激光焊接技术的应用相对来说较为重要。激光焊接技术主要应用于武器装备及飞行器的制造，在飞机蒙皮的拼接、蒙皮与长衍的焊接、机身附件的装配、薄壁零件的制造、合金飞行舵翼焊接以及燃料贮箱加强筋条激光焊代铆等中均应用广泛。早在四十多年前，美国就曾通过研究尝试将激光焊接应用于飞机零件和材料的制造中，并取得了一定的研究成果。欧洲一些国家也尝试将激光焊接技术应用于飞机的生产过程中。目前，科学家及学者们对飞机制造常用材料的激光焊接技术应用做了大量考察和研究。实践证明，激光焊接技术能够减轻基体重量、优化飞机结构性能，促进了航天制造业的发展。

4.2激光焊接技术在汽车制造领域的应用

汽车制造对于汽车车体的重量和汽车车身的艺术美感要求越来越高，激光焊接技术以其加工效果优异、质量好、效率高等优势脱颖而出，成为了汽车制造领域焊接技术应用中的宠儿。在汽车制造中，激光焊接技术主要应用于不等厚板的激光拼焊、车身总成与分总成的激光组焊、汽车零部件的激光焊接等工艺中。欧美等一些国家的汽车制造公司对焊接技术的应用起步较早，奥迪、奔驰、通用等我们熟知的汽车制造品牌纷纷把激光焊接技术引进到汽车制造中，推动了激光焊接技术在汽车制造领域的进一步应用和发展。

4.3激光焊接技术在船舶制造领域的应用

经济全球化进程的加快使得国际贸易发展日益繁荣，海运作为一种性价比高的物流手段广受青睐，这也给船舶制造业提出了更高标准的新要求。为了适应经济和贸易的发展，船舶制造正逐步朝着轻量化的方向发展。激光焊接技术在船舶制造和修理中的应用使得焊接效率和焊接质量均得到了提高，船舶轻量化的要求也因此得到了满足，可以说，焊接技术的应用给船舶制造业带来了变革。目前，欧洲国家对焊接技术在船舶制造业中的应用的研究最为成熟，焊接技术被广泛应用于甲板和舱壁，极大地推动了船舶制造业的发展。

5激光焊接技术的发展趋势分析

随着焊接技术的不断发展与突破，激光焊接技术在研究过程中也体现出其独有之处，激光焊接技术能够对材料进行快速高效的焊接，当激光束产生时，由于其高度聚焦性，使激光束中蕴含着极高的功率密度，这使得激光能够在极短时间内释放出大量的能量，进而使焊接效率大幅提升，保障焊接质量。正是因激光焊接技术所具备的瞬时焊接优势，使其具有极为广阔的发展前景。而且，激光焊接技术在应用过程中，激光束在照射材料表面时，并不会对材料照射面积之外的区域产生影响，因此不会导致材料在焊接过程中出现较大损伤与变形，在焊接完成后也不需要进行相应的处理，这使得激光焊接技术非常适用于对各种精密零部件进行加工，可使高难度的焊接作业得以顺利完成。

在以往的焊接技术中，常常需要焊接材料的材质相同，而通过激光焊接技术，则并不需要对焊接材料的材质有较高的要求，即使是材质不同的焊接材料，也能够利用激光焊接技术进行轻松焊接。可以说，激光焊接技术的出现与应用，有效弥补了传统焊接技术所存在的不足，大大降低了焊接作业的难度。考虑到激光焊接技术是通光激光束的照射来产生极高能量的，并且具有反射性的材料物质还会对激光进行反射，因此可利用反射镜来对激光束的照射方向进行任意调整，这也使以往利用传统焊接技术难以进行焊接的局部位置，很容易的利用激光焊接技术来进行焊接，比如对真空管中的电极进行焊接，便可通过激光焊接技术来实现。除此之外，激光焊接技术对外界的环境要求并不苛刻，即使在常温环境下也能应用该技术，这使得某些材料的焊接作业可不用再依赖气体保护或真空环境。

激光焊接技术历经半个多世纪的发展，该技术正变得越来越成熟，并逐渐在越来越多的领域中应用，在船舶制造、钢铁生产、航空航天等领域中，激光焊接技术正发挥着越来越重要的作用，例如，在激车零部件制造中，便可通过双面激光焊接来对汽车的覆盖件样品进行制造，美国、日本等发达国家还将激光焊接技术应用于纯氮环境中的飞机配件制造之中。随着激光焊接技术的发展，将有更多功率更大、容量更大的激光器被研制出来，焊接工艺也将变得越来越精细化，这也使激光焊接技术在未来发展中必将具备无比光明的应用前景。

6结语

综上所述，虽然激光焊接技术还尚未成熟，但是由于其自身的优点，已经在汽车领域，医疗领域，轮船制造领域等重要领域取得了广泛的应用，大大提高了工业制造的效率和质量。尽管目前这一技术得到了不断地完善，但是我们仍旧需要看到这一技术存在的问题，针对问题解决问题，快速的提高激光焊接技术在实际应用中的效果，从而为我国的制造业以及工业做出新的贡献。

参考文献

[1]汪健坤，李强，黄磊，陈希章.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（03）：4-10.

[2]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（05）：38-44.

[3]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.

[4]张义.激光焊接技术的发展与展望探讨[J].科学技术创新，2019（22）：180-181.

[5]赵昕.激光焊接技术原理及工藝分析[J].农机使用与维修，2019（06）：59.