連續(xù)激光焊

中文名稱

連續(xù)激光焊

英文名稱

continuous laser welding

定　　義

利用連續(xù)激光束進(jìn)行焊接的方法。

應(yīng)用學(xué)科

材料科學(xué)技術(shù)（一級(jí)學(xué)科），材料科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)（二級(jí)學(xué)科），材料合成、制備與加工（三級(jí)學(xué)科），焊接與連接技術(shù)（四級(jí)學(xué)科）

激光焊接在工業(yè)中的應(yīng)用情況

（1）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。

（2） 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。

（4）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。

（5） 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。

一，按控制方式可分：手動(dòng)式激光焊接機(jī)，自動(dòng)激光焊接機(jī)，振鏡式激光焊接機(jī)

二，按激光器可分：YAG激光焊接機(jī)，半導(dǎo)體激光焊接機(jī)，光纖激光焊接。

激光焊接有兩種基本模式：激光熱導(dǎo)焊和激光深熔焊，前者所用激光功率密度較低（105～106W/cm2），工件吸收激光后，僅達(dá)到表面熔化，然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。后者激光功率密度高（106～107W/cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng)時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在機(jī)械制造領(lǐng)域，除了那些微薄零件之外，一般應(yīng)選用深熔焊。

深熔焊過程產(chǎn)生的金屬蒸氣和保護(hù)氣體，在激光作用下發(fā)生電離，從而在小孔內(nèi)部和上方形成等離子體。等離子體對(duì)激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會(huì)削弱到達(dá)工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對(duì)焊接不利。通常可輔加側(cè)吹氣驅(qū)除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應(yīng)，使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產(chǎn)生，研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系，和利用這些特征信號(hào)對(duì)激光焊接過程及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。