激光焊接技术应用及其发展研究

周文

招商局邮轮制造有限公司 江苏南通 226100

激光焊接技术的优点是质量高，精度高，变形小。这是一项非常先进的焊接技术。当前，激光焊接在机械，航空航天，汽车工业，粉尘冶金等领域的生产中有应用。激光焊接研究的主要方向是CO2和YAG激光焊接各自的理论，包括智能激光焊接控制，混合焊接，避免焊接缺陷的原理和避免方法等。本文主要分析了激光焊接的相关原理，并讨论了其实际应用和未来发展。

1 激光焊接的使用原理

激光焊接的原理是把强度非常高的激光束对金属表面进行辐射，使激光和金属发生相互作用，金属发生融化冷却后形成焊接。

1.1 热传导焊接

当激光照射在金属表面，反射一部分激光，还有一部分被材料吸收，从而加热熔化，材料表面热量传导至材料深处，使焊接件熔合在一起。

1.2 激光深熔焊

功率很大的激光束照射于材料表面的时候，材料吸收光能变为热能，材料加热到汽化，当蒸气产生反作用力，导致熔化后金属液体向四周排挤，产生一个凹坑，伴随激光持续照射，凹坑不断加深。当激光停止后，凹坑溶液出现回流，冷却凝固使焊接件熔合。

2 激光焊接在不同行业的应用

2.1 在制造业的应用

目前，国外轿车制造中激光焊接技术受到普遍欢迎。全球范围内使用激光焊接的生产线在数百条，并且每年的轿车剪裁激光焊坯板数量都在不断增长。大众在我国的轿车生产厂，包括帕萨特、别克、奥迪等都使用剪裁坯板结构制造汽车。目前，日本制钢业的轧钢卷材连接已经用 CO2激光焊接替代了闪光对焊。在超薄板焊接过程中，对于板厚在100μm 下的箔片不能使用熔焊，而采用特殊功率的 YAG 激光焊就可以，这说明激光焊的应用前景非常广阔。

2.2 在粉末冶金领域的应用

由于科学技术的快速发展。很多工业制造对于材料都有特殊要求，传统冶炼铸造产生的材料不能符合目前的需求。粉末冶金材料的性能非常好，具有明显的制造优点。在很多领域，例如汽车制造、飞机、工具制造等都得到了普遍应用，逐渐替代传统冶炼铸造的材料。由于粉末冶金技术的不断发展，在同其他零件进行连接过程中表现出了很多问题，导致粉末冶金材料不能得到普遍应用。由于激光焊的特殊性，将其用于粉末冶金焊接取得了很好的效果，推动了粉末冶金材料更好的应用。例如，在粉末冶金材料焊接中通常使用焊接金刚石，但因为强度比较低，不适合高温和强度高的环境，会导致钎料发生脱落，使用激光焊接能够有效提升焊接强度，并非常耐高温。

2.3 在汽车工业的应用

20世纪80年代，已经在工业生产中引入了千瓦级激光焊接，当前汽车制造业中已经广泛推广激光焊接生产线，这极大地提高了汽车制造的效率。目前，很多著名汽车品牌，例如奔驰、奥迪、沃尔沃等已经普遍使用激光焊接车顶、车身等钣金焊接。随着技术发展，已经有越来越多汽车制造企业在制造中引入激光焊接，包括美国通用、福特、克莱斯勒等。意大利的汽车品牌菲亚特在钢板组件焊接中也普遍应用了激光焊接。日本的汽车制造厂家，包括日产、丰田、本田等，都把激光焊接和切割工艺用于车身覆盖件的制造。在汽车车身制造中，高强度材料激光焊接因为性能非常好受到普遍欢迎。当前，激光焊接钢结构的消耗量逐年增加，已经占到了很多的比重。由于汽车制造业的特点是大批量、自动化水平高，因此激光焊接设备逐渐朝着高功率的方向发展。目前，对于激光焊接的工艺很多国家也进行了深入研究，例如，美国主要研究激光焊接中如何添加粉末金属以及金属丝，而德国研究者则把重点放在了铝合金车身骨架的激光焊接上面，他们认为在焊缝中增加金属可以避免产生热裂缝，提升焊接速度，提高精确度，当前已经投入实际生产。

2.4 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。

3 激光焊接的激光发生器和工艺发展趋势

当前，激光焊接中使用的激光器包括高功率CO2和脉冲Nd：YAG激光器。对于激光，有必要提高电源的稳定性并延长使用寿命。需要CO2气体激光器来控制大功率放电稳定性，并且需要YAG固态激光器来开发大容量和长寿命的光泵浦激发光源。目前，使用直接二极管阵列的激光输出波长可使激光功率达到1kW，光电转换效率达到50%。这些激光设备和激光技术有效地改善了焊接技术在各个行业中的应用。另外，需要加强对激光加工光束的质量的研究并提高外围设备的加工质量。有必要对各种激光加工技术的激光束要求进行深入研究，以监视加工质量，并研究光学系统的设计。我们还需要认真研究焊接工艺和材料，提高焊接设备的稳定性，积极研究如何焊接有色金属和特种金属，以促进激光焊接技术的发展。

4 结语

本文主要阐述了激光焊接技术的使用原理和特点，总结了激光焊接在各个领域的应用，并展望了激光焊接技术的发展前景。激光焊接技术是一种先进的焊接技术。具有精度高，适应性强，能量强等特点。并广泛用于制造业，汽车，冶金等行业，提高了生产水平和焊接质量。相信随着激光焊接技术的不断进步，激光焊接必将取得更大的进步。