激光焊接技术最新研究进展及应用

黄宁江 柳州源创电喷技术有限公司

随着市场对结构轻量化需求的持续增长，以及国产高功率激光器、激光头产品逐渐发展成熟，激光焊接系统成本呈现下降趋势。光焊接是一种精度高、低变形的焊接技术，它在工业中普遍应用。分析了激光焊接技术的相关原理，总结了激光焊接技术在不同领域的应用。

一、激光焊接技术原理与类型分析

（一）技术应用原理

激光焊接技术实际上是属于熔融焊接技术，其主要是以激光束作为能源，将激光束在焊件的接头处进行冲击，以此来达到焊接的目的。其原理是通过光学震荡器来产生高功率的激光束，并将激光束作用于金属表面，在较短的时间内将金属汽化，汽化孔被熔融金属液包围，通过应力反作用、加热与冷却等方式来形成焊缝，完成金属零件的焊接。激光束本身的光功率密度对焊缝的深浅有着一定的影响，密度较高的时候，其熔深就越大，使得焊缝也就越深，反之，密度越小其熔深也就越小，焊缝也就越浅。

（二）技术的类型

激光焊接技术在汽车制造领域中的应用，激光焊接设备的类型是二氧化碳激光焊接设备、YAG激光焊接设备，所对应的技术也可以分成激光焊接技术、激光拼接技术、激光复合焊接技术。从各种技术的应用特征层面而言，首先，在应用期间可以起到节省加工材料的作用，能够加快操作的速度，提高加工的强度。其次，操作期间不会和零部件之间相互接触，噪声问题的发生率很低，具有很强的环保性能。与此同时，在操作期间所产生的热量不会有大范围的影响，零部件的热变形问题发生率也很低。最后，在应用此类技术期间，焊接工作的质量很高，外观也具有美观性，可提升操作工作的灵活性，确保操作的效率。除此之外，技术应用期间可保证焊接的精确度，在计算机技术、数控系统的支持下，通过三维立体化的系统加工处理，可保证整体焊接工作的精准度。

二、激光焊接的难点

铝合金激光焊接受基体材料本身性质的影响存在较多难点，比如，液态铝表面张力低，造成激光深溶焊小孔坍塌而形成气孔；铝合金所含低熔点合金元素在激光焊接过程中被烧损，造成焊缝性能弱化；焊缝低熔点共晶合金元素成分易在冷却凝固过程中形成裂纹；热处理强化铝合金在焊接热循环作用下产生热影响区软化；液态铝表面张力低、固态铝热导率高，以及Al、Mg等元素易氧化造成焊缝表面成形差等。此外，为降低铝合金激光焊对装配间隙的要求，并抑制焊缝裂纹的产生，通常采用激光填丝焊或激光电弧复合焊接技术。由于铝合金焊丝相对较软，所以需要确保从送丝嘴出来的焊丝的指向性，以避免焊丝未熔化、填充焊缝产生偏向等问题；同时，原始铝合金表面的氧化膜以及熔融铝新产生的氧化层均会对填充焊丝的铺展效果产生影响。

三、激光焊接的应用

（一）在电子工业中的应用

当前，在电子工业，尤其是微电子工业中，激光焊接都得到了普遍应用。因为激光焊接产生的热影响区非常小，加热能够很快集中，而且热应力小，所以普遍用于集成电路以及半导体壳体的封装，具有很好的优势。在真空器材的研究中，激光焊接也取得了普遍应用，例如用于快热阴极灯丝组件、不锈钢支持环等。由于传感器和温控器中的波纹片厚度非常薄，传统焊接技术不能做到，容易发生焊接穿孔的情况，而使用激光焊接技术就能取得很好的效果，因此受到普遍欢迎。

（二）激光自熔焊接

激光自熔焊接是指需要焊接的两个部分或是多个部分，自身熔化、冷却进而凝聚成一个整体，达到焊接的目的。该焊接的方式在使用的过程中不需要添加焊剂，整个过程依靠的是工件自身的物理性质，达到熔接在一起的目的。当激光功率密度达到一定值的时候，工件表面的温度在较短的时间内迅速上升并达到其沸点，使得金属汽化，并形成一个细长的孔洞。当金属蒸汽反冲压力与液态金属表面张力、重力等达到一个平衡值后，细长的孔洞不再继续加深，最终形成一个性质稳定、深度稳定的孔洞，当小孔闭合后，焊缝就此形成，激光深熔焊接完成。使用激光拼焊方式来进行车身的制造能够在很大程度上降低零件、模具等的成本，有效提升汽车产品本身的试制竞争力。按照焊缝的类型进行分类，可以分为单条直线焊缝、复数直线焊缝、非直线焊缝等多个类型，其中单条焊接缝类型的生产工艺较为简单，所以该类型的应用范围较为广泛。

（三）激光远程焊接技术

对于此类技术来讲，主要就是通过高速扫描镜头部件开展长距离的加工工作，具有定位准确性特点，可缩短操作的时间周期，保证工作的效率，加长设备和被焊接件之间的距离，不会受到其他夹具的影响，很少会有光学镜片污染的问题，可按照生产加工的需求编制关于焊缝的形状优化规划、结构强度的优化规划。和电阻电焊技术相比，对于远程激光焊接技术的应用，可以将单侧焊接优势、非接触类型的焊接优势等彰显出来，将其和扫描振镜之间相互整合，可减少具体的操作时间，尤其是汽车覆盖件方面、零部件方面，都可以实现远程化的焊接处理目的。未来发展期间采用此类技术，应着重掌握技术的应用规范、操作标准，不断优化其中的技术模式和内容，在汽车座椅制造的过程中高效化进行滑轨部分、靠背部分的焊接。

四、结语

激光焊接技术的使用原理、使用特点，并对激光焊接在不同领域的应用进行了总结。进而根据实际情况选择合适的激光焊接技术来进行各种焊接工作。