激光焊接技术原理及工艺分析张培强

激光焊接技术原理及工艺分析张培强

张培强

山东鑫源消防设备有限公司山东济南250000

摘要：现如今，随着我国科技的快速发展，激光焊接技术即利用激光在需要焊接的部位打激光束，然后所需焊接部位会由此产生较高的热量进而融化，最终达到焊接的目的。距离激光第一次运用在实际生活中，已经有五十年了，在这五十年里，人们对激光做了很多方面的应用研究，激光技术也随着年限的增多而不断发展，并且随着它的应用范围越来越广泛，激光技术已经成为了材料加工技术界的新星。

关键词：激光焊接技术原理及工艺分析

引言

随着我国各类产业的蓬勃发展，传统焊接方法已经无法完全适应各行业的需求，而激光焊接作为一种现代化技术，其自身带有的特点恰好迎合了这种需求，因此在制造业、电子产业、医学行业等都有广泛应用。概括介绍了激光焊接技术及其相关研究的现状，并指出了其中还仍待解决的难题，最后对国际上激光焊接技术做出展望。

1激光焊接的原理

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。经研究发现，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。激光焊接过程中，由于激光的能量密度很高，所以金属受激光照射到金属发生熔化和气化几乎是在瞬时完成的，以至于由焊缝中心向周围母材传递热量的时间也很少，并且激光光斑尺寸也很小，从而使焊后热影响区尺寸变小。经研究表明，汽车车身板材的激光焊接热影响区一般为1～2mm。

2激光焊接的主要特性

激光焊接技术有着自身的优越性，与其他焊接技术相比，它有很多优点。首先，激光焊接技术由于功率密度较大，因此它具有较强的方向性；其次，激光焊接技术的焊接速度要比其他焊接技术快很多，且深度较大，变形较小，有利于实现完美的焊接；再其次，传统下的焊接技术较为不便，需要工作人员进行相关的安全保护，包括真空与惰性气体等等，而激光焊接技术的设备相对来讲就要简单很多，而且可以直接在大气中进行焊接；最后，激光焊接技术由于可以利用激光进行反射，因此可以适用于焊接各种较为复杂的零件，同时它还可以应用于各种各样的金属。

3激光焊接的工艺

3.1激光焊接技术在汽车制造业的应用

由于我国人民物质生活水平的不断提高，人们对汽车的需求也就越来越大，因此，我国汽车制造业面临着较好的市场，在这样的趋势下，汽车制造业的企业想要提高自身的竞争力，就应当把关注点放在如何提高汽车质量上。在制造汽车的过程中，激光焊接技术的运用可以有效保障汽车质量，而运用最先进的激光焊接技术也能有效提高制造人员的工作效率。早在上世纪，激光焊接技术就已经被运用在汽车制造业中，著名的奔驰和大众等品牌都采用了这一技术，并且随着激光焊接技术的日渐完善，其应用的汽车制造企业也越来越多。激光焊接技术的有效运用为各大汽车制造企业争夺了不少的经济效益。然而我国当前采用激光焊接技术的汽车制造企业数量还较少，但是随着我国市场前景越来越好，相信激光焊接技术必将成为汽车制造企业的工艺主流。

3.2电子工业

激光在微小范围内快速加热的特性恰好满足集成电路和电路板等微小电子器件的焊接需求。同时，在进行激光脉冲焊接时，可以通过控制脉冲时间和脉冲峰值等参数使每个脉冲周期只在被焊件上形成一个焊点，保证了加工精度。基于以上两个优势，激光焊接被广泛应用在微电子工业中。在EdwardJ.Rapoza的研究当中，通过激光熔焊的方法，实现密封连接器主体（kovar合金）和第一金属组合物（铝合金）的密封连接。与传统焊接方法相比，利用激光进行密封连接，不仅能增强连接部位的强度和气密性，更有助于实现焊接过程的自动化。由此可见，激光焊接技术对微电子制造产业的发展有巨大的推进作用。

3.3激光焊接技术在生物医学的应用

激光焊接技术在诞生十年后就被运用在了生物医学方面，距今已有将近四十年的历史。激光焊接技术在生物医学方面有着许多赫赫有名的战绩，为人们的医学难题作出了卓越的贡献。曾经有一名医学人员利用激光焊接技术，把一名正处于危险中的孕妇抢救了回来，由此开展了在生物医学方面运用激光焊接技术的先河，他的案例也为后来的很多医学人员所模仿，随后，更多的医学人员开始自主进行其他的激光焊接技术在医学方面的应用，最终，激光焊接技术成为了生物医学方面的重要手段之一。部分医学人员甚至将生物医学方面的运用开始转移到其它方面的运用，他们大胆假设，并且获得了成功，可以说对人类的贡献是非常大的。此外，在牙科方面，运用激光焊接的例子也很多，它能够帮助病人改善牙齿状况，让病人的牙齿恢复健康的姿态。

4展望

近年来激光焊的研究取得巨大进展，其应用领域也不断扩展，也使我们相应地对激光焊接技术提出了更高的要求。目前国内的研究方向主要集中在两方面：一是对焊接过程进行有效的动态监测和调控，二是降低激光焊接的成本。想要完成高精度的动态调控，只进行单一的传感反馈调节是远远不够的，需要将光学传感、电学传感、力学传感等诸多传感技术进行综合运用。任何一项技术的普及都绕不开成本问题。想要降低应用成本，一方面可以从降低设备费用上下手，另一方面可以考虑改进现有的激光焊接技术，使激光焊接的能量利用率得到较大提升。国内现有的仪器制造能力还不足以使激光焊接设备的成本在未来较短时间内达到普及化的程度，所以最可行的措施就是改进现有的激光焊接技术。目前，很多学者尝试将激光焊接与其他焊接方法相结合，如相对成熟的激光-电弧复合焊接，两者实现优势互补，提高了焊接质量和激光能量的利用率。相信随着激光的复合焊接技术相关机理的深入研究，将使其应用取得突破性进展。

结语

激光焊接技术的不断完善与发展，为我国制造业、生物医学业等多种行业带来了飞跃性的进步与发展，它推动了人类的进步。然而激光焊接技术目前还不算普及，我国各行各业应当紧跟时代脚步，把先进的技术运用到实际工作中，显著提升工作效率，为社会创造更多的社会效益，也为自身创造更多的经济效益。

参考文献

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