激光焊接十篇

激光焊接篇1

关键词：激光;焊接;技术;应用

中图分类号： TG456.7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）01-164-2

0 引言

随着我国经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，我国焊接技术也有了很大的进步，尤其是激光焊接技术以其独有的优势受到了各行各业的认可和广泛的应用，为我国制造业、电子行业、生物医学等领域都做出了极大的贡献，因此，深入的研究激光焊接技术及其应用不仅能够促进焊接行业的持续发展，而且对于发展我国工业、农业等其他行业也具有非常重要的现实意义。

1 激光焊接技术

1.1 激光焊接技术的工作机理

20世纪60年代以来，伴随CO2、YAG等激光器的诞生，研究人员们也迅速将其利用到了焊接技术中，进而开发了激光焊接技术，它的开发和应用为焊接行业带来了新的希望，并且很快被广泛应用于各个领域中。激光焊接技术的工作机理由于激光器的不同也各有差异，因而，根据激光器提供的功率密度的大小可以将激光焊接技术分为两类，一是激光传热熔化焊，二是激光深熔焊，他们的工作机理也各不相同。激光传热熔化焊所使用的激光器功率密度为105～106w/cm2，其工作机理是被焊工件表面吸收激光束热量，然后利用热传导效应在工件表面形成一定体积的熔池，使被焊部位熔化，然后进行焊接工作。激光深熔焊所使用的激光器功率密度为106～108w/cm2，其工作机理为利用激光器功率密度高的特点，使材料达到瞬间汽化进而在表面形成圆孔空腔，然后再通过控制激光束与工件间的相对运用使空腔附近的金属熔化，进而完成焊接工作。

1.2 激光焊接技术的特点

近年来，经过研究人员不断的探索和创新，激光焊接技术终于被成功开发和应用，并且，在某些领域中，传统的焊接技术已经完全被激光焊接技术所取代。激光焊接技术之所以可以被广泛的应用，一定是有其独有的优势。下面我们就介绍激光焊接技术的突出优点。第一，热影响区域非常小。由于激光焊接技术是将激光束直接打到被焊接的部位，而激光束又具有方向性强和热源集中的特点，因而激光束只作用于被焊接的部位，不会影响其他区域。正是因为这个优点，激光焊接技术可以被应用于焊接非常精密的零部件，大大降低了焊件收缩、变形情况的出现。第二，激光束聚集可以产生很高的热量，因而，利用激光焊接技术所焊接的焊缝强度都很高，保证了焊件的质量，并且焊接工作效率也很高，此外，由于激光束方向性好，不会对非焊接区域造成干扰，因而通常焊缝表面的质量都很好。第三，利用激光焊接可以对非常隐蔽、难以到达的部位进行焊接。这是因为激光焊接技术非常灵活，只需要通过控制激光束的方向就能改变焊接位置。第四，传统的焊接技术对于金属间的焊接还是能够达到的，但是对于异种合金焊接就相对困难了。然而，利用激光焊接技术甚至可以完成金属与非金属之间的焊接，可以说是焊接技术新的突破。

当然，一切事物都有两面性，激光焊接技术虽然有很多突出的优势，但是依旧存在一些不足之处，比如：第一，如果被焊工件要应用激光焊接技术进行焊接，那么就要求其在焊接前进行高标准的处理，通常要处理焊件的加工精度、装配等，因为如果被焊工件达不到高标准的要求，那么利用激光焊接技术在焊接过程中很容易造成缺陷;第二，激光焊接技术相对于普通焊接技术有很多优势，因而受到各行各业的青睐，然而，如果想要应用激光焊接技术，所要购买的激光焊接设备价格相对比较高，对于一些企业而言就需要花费高额的投资成本，这也是有些企业放弃应用激光焊接技术的原因之一。

2 激光焊接技术的应用

2.1 制造业领域

早在20世纪80年代，千瓦级激光器的诞生促使激光焊接技术被成功应用于工业生产中，而在之后的发展中，激光焊接技术被应用最多的就是汽车制造业中。尤其是当今汽车市场非常火爆，汽车制造业迅速发展，激光焊接技术为汽车制造提供了强大的技术支持。就拿发达国家美国和日本来说，两个国家在汽车制造业上都属于世界领先水平，90年代初，美国非常有名的通用、福特和克莱斯特汽车制造公司引入了激光焊技术，虽然相对而言激光焊接技术的引入有些晚，但是，这并没有阻碍激光焊接技术快速发展的脚步，美国相关研究人员对激光焊接技术做出了更大的提升，使得其在汽车制造业上发挥了更大的作用。众所周知，日本的本田、丰田都是非常出色、实力很强的汽车制造企业，它们所生产的汽车覆盖件都利用了激光焊接技术，尤其是高强钢激光焊接装配件具有非常优良的性能，如今被广泛应用于汽车制造业中，促进了汽车制造业的快速发展。

2.2 粉末冶金焊接

随着科学技术水平的不断提高，在很多制造业中，传统的材料已经无法满足产品生产的需要，因而，在很多制造业中都对材料提出了更高的要求。在众多新型材料中，粉末冶金材料成为了汽车、飞机等制造业所青睐的冶铸材料，而要想很好的利用粉末冶金材料，就必须解决它与其他零件的连接问题。传统的焊接技术显然无法满足焊接需求，而激光焊接技术的诞生有效解决了这一问题，不仅使粉末冶金材料可以与很多种合金进行焊接，而且其焊接强度也非常高。

2.3 电子工业领域

正如我们上述提到的激光焊接技术的优点之一是其焊接热影响区域小，而在电子工业中，所要焊接的通常都是比较微小的电子元件，因而，激光焊接技术就可以在电子工业领域中发挥其优势。此外，激光焊接技术在真空器件研制中也得到了应用，在过去，由于传感器、温控器中的弹性薄壁波纹片厚度非常小，大约在0.05―0.1mm之间，传统电弧焊焊接技术穿透力极强，稍微不小心就可能会穿透波纹片，并且还会影响到其他区域，稳定性较差，这给焊接工作带来了极大的困难，而应用激光焊接技术由于其稳定性强，激光束容易控制，且热影响范围很小，就可以很容易完成波纹片焊接工作。

2.4 生物医学领域

20世纪70年代，国外研究学者就将激光焊接技术应用到了焊接输卵管和血管上，并且顺利完成了焊接工作，这使得更多的研究人员看到了激光焊接技术的优越性。我国生物医学研究人员将激光焊接技术应用于大白鼠胆总管焊接上，经过实践证明激光焊接具有吻合速度快的特点，并且在愈合过程中没有异物反映，而被修复的组织依旧可以按照原生物力学性状生长，这为未来的生物医学发展又提供了宝贵的参考价值。

3 结语

总而言之，近年来，激光焊接技术被广泛应用于汽车、轮船等制造业，以及电子工业和生物医学等领域中，该焊接技术的原理主要是利用了激光束聚焦后能获得高能量的特点，进而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金属受到激光束产生的热能而融化，即可进行焊接工作。激光焊接技术与传统焊接技术相比具有突出的优越性，促进了焊接行业的快速发展，同时，也正是因为激光焊接技术的优势，近年来被广泛应用于汽车制造业、粉末冶金焊接、电子产业以及生物医学领域，为各领域在焊接方面做出了突出的贡献，促进了我国工业、医学等各行各业的快速发展。激光焊接技术以其独有的优势给很多领域的工作带来了极大的方便，不仅促进了焊接技术的发展，而且带动了工业、农业等很多行业的进步。

参 考 文 献

[1] 郭伟强，欧玉峰.浅谈激光焊接技术及其应用[J].科协论坛（下半月），2011（04）：40.

[2] 李少华，康蓉娣.激光焊接技术及其应用[J].舰船防化，2011（04）：32-36.

[3] 任方杰.激光焊接技术及其研究进展[J].现代焊接，2010（11）：1-4.

[4] 史强.浅谈激光焊接技术原理及其应用[J].企业导报，2012（11）：297.

[5] 王蕾.我国激光焊接技术及其发展[J].科技资讯，2012（30）：53.

激光焊接篇2

参考文献

[1]CAO X， JAHAZI M， IMMARIGEON J P， et al. A review of laser beam welding techniques for magnesium alloys [J]. Journal of Materials Processing Technology， 2006， 171（2）： 188-204.

[2]MOHAMSD D， JEAN E M. Laser welding of AZ91 and WE43 magnesium alloys for automotive and aerospace industries [J].Advanced Engineering Materials，2001， 7： 504-507.

[3]MORDIKE B L， EBERT T. Magnesium propertiesapplicationspotential [J]. Materials Science and Engineering A， 2001， 302（1）： 37-45.

[4]YANG Z， LI J P， ZHANG J X， et al. Review on research and development of magnesium alloys [J]. Acta Metallurgica Sinica， 2008， 21（5）：313-328.

[5]FRIEDRICH H， SCHUMANN S. Research for a “new age of magnesium” in the automotive industry [J]. Journal of Materials Processing Technology， 2001， 117（3）： 276-281.

[6]尹斌，王玉松. AZ61镁合金自行车的焊接[J]. 现代焊接，2008，8 ：40-41.

[7]稽文凤.MgAlZn系变形镁合金板材大应变轧制成形工艺研究[D].长沙：湖南大学材料科学与工程学院，2012.

[8]王红英，李志军. AZ61镁合金激光焊接接头的组织与性能[J]. 中国有色金属学报，2006，16（8）：1388-1393.

[9]WANG H Y， LI Z J. Investigation of laser beam welding process of AZ61 magnesiumbased alloy [J]. Science Direct， 2006， 19 （4）： 287-294.

[10]俞照辉. ZK系高强镁合金的激光焊接研究[D].长沙：湖南大学材料科学与工程学院，2010.

[11]彭建，周绸，判复生.AZ61镁合金薄板TIG焊接头的组织与性能[J]. 金属铸锻焊技术，2010，39（21）：1-3.

[12]KOU S. Welding metallurgy [M]. New York： John Wiley & Sons， Inc，2002：189-199.

[13]陈振华，夏伟军，严红革， 等.变形镁合金[M].北京：化学工业出版社，2005：101-110.

[14]ANRU W U， XIA Changqing， WANG Shaowu. Effects of cerium on the microstructure and mechanical properties of AZ31 alloy [J]. Rare Metals， 2006， 25（4）： 371-376.

[15]YANG Y K， DONG H， CAO H， et al. Liquation of Mg alloys in friction stir spot welding [J]. Welding Journal， 2008， 87（7）：167-177.

新在哪里 本题的新颖之处在于以双曲线为载体考查同角三角函数间的关系以及三角恒等变换.

难度系数 0.70

解后反思 学生要明确双曲线的性质，不要认为凡是含x2项的分式的分母对应的就是实半轴的平方.

真题再现2 （上海理科卷第21题）已知函数 f（x）=2sin ωx，其中常数ω>0.

新在哪里 本题在零点这个框架下，需要学生有很强的分析与思考能力.学生对复杂的问题要有较强的分解能力，同时对数形结合思想的运用要合理.

难度系数 0.40

解后反思 本题对第（1）问的处理主要考查两个方面的内容：①会求 f（x）=2sin ωx的单调递增区间（注：要能分辨清楚求函数的单调区间与函数的值域的操作步骤）；②要能清向；后半部分是本题最出彩的地方，解决这类问题最多的还是借助函数的图形来综合考虑.破解此问有核心的两步：①若b-a最小，则a和b都是零点；②在区间（14π+a，b]上至少有一（Ⅰ）求函数f（x）与g（x）的解析式.

（Ⅲ）求实数a与正整数n，使得F（x）= f（x）+ag（x）在（0，nπ）内恰有2 013个零点.

新在哪里 本题在三角函数的图像的变换和性质下，利用导数这个工具，融合等差数列与零点的提问一一呈现出来.

难度系数 0.30

解答过程 （Ⅰ） f（x）=cos 2x，g（x）=sin x.解答过程省略.

（Ⅲ）依题意F（x）=asin x+cos 2x.令F（x）=asin x+cos 2x=0，当sin x=0，即x=kπ（k∈Z）时，cos 2x=1，从而x=kπ（k∈Z）不是方程F（x）=0的解.所以，方程F

当x变化时，h′（x）和h（x）的变化情况如下表：

当x>0且x趋近于0时，h（x）趋向于-∞；当xπ且x趋近于π时，h（x）趋向于+∞；当x1时，直线y =a与曲线y =h（x）在（0，π）内无交点，在（π，2π）内有2个交点；当a

激光焊接篇3

关键词：激光焊接 技术 发展

中图分类号：TG456 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（c）-0053-01

1 激光焊接技术概述

激光焊接技术是激光加工技术的重要内容之一，激光焊接技术国外的研究和应用历史比较长，20世纪90年代欧美国家已经把激光焊接技术应用于工业、农业等行业的加工和生产过程中。随后，我国也对激光加工技术以及激光焊接技术进行了广泛、深入的研究和使用。激光焊接技术是近些年受到广泛关注和重视的焊接技术之一，由于其他焊接技术无法比拟的优势和特点，激光焊接技术的应用价值和发展前景被普遍看好。与其他种类的焊接技术相比，焊接时对于温度的要求比较小，各种温度下都能进行操作，激光焊接设备较简单、搭配灵活，激光焊接的应用范围比较广，能够对各种材料实施焊接，并且能对不同材质的物质进行焊接，焊接效果比较好，激光焊接技术焊接速度快、深度大、变形较小。另外，激光焊接技术对于焊接设备的精度要求比较高，并对操作人员的焊接技术水平要求更高，激光焊接设备的成本较其他焊接设备高出很多。激光焊接技术的诸多要求也阻碍了激光焊接技术的应用。无论是传统的焊接工艺还是新兴的焊接工种，激光焊接技术都能够灵活、自如的进行，且焊接效果比较好，焊接的效率更高。目前已有大量的激光焊接技术生产线投入各个领域的工农业生产过程中。

2 我国的激光焊接技术

目前，我国已经形成了激光焊接技术的研究、开发、生产一条龙的体系，激光焊接技术研发中心、激光焊接设备生产单位逐渐形成，这为激光焊接技术的发展和应用水平的提高提供了充足的资源和环境，对于激光焊接技术和设备的发展和更新注入了动力。国内对激光焊接研究主要集中在激光焊接原理及特性、激光焊接控制、激光焊接质量、激光焊接的领域开发、激光焊接与其他领域合作等方面。广泛、多领域、多渠道的激光焊接技术的研究和应用已经为激光焊接技术在我国的发展注入了更大的生命力，对于我国社会主义建设提供了强大的技术支持也是激光焊接技术得以较快发展的重要原因。现阶段，我国对于高强度钢激光焊接技术研究以及应用是激光焊接技术的薄弱环节，也可以说是我国激光焊接技术的空白，在理论和实践层面都缺乏一定的技术支持，技术不成熟直接导致应用领域发展的滞后，相关的高强度钢焊接生产还在延续传统的焊接方式，在焊接质量和使用方面都不能够达到标准，多数高强度钢焊接的设备和仪器主要依赖于进口，我国应该提高在高强度钢激光焊接技术领域的研究和支持力度。

3 我国激光焊接技术的发展

3.1 复合焊接方面

总体上看，激光焊接技术有其优势和好处，相比传统的焊接技术具有很强的实用性和先进性。但是，无论是那种焊接技术包括激光焊接技术在内，都有各自的缺点和不足之处。对于激光焊接技术来讲，其本身也有许多不足之处。在激光焊接过程中，焊接原材料在受热后熔化、汽化，形成小孔，孔中充满金属蒸汽，金属蒸汽在激光束的作用下形成等离子云。等离子云可以吸收和反射激光，在等离子云的作用下，金属材料只能吸收一部分激光束，降低了激光的使用效率，激光的能量利用率降低，常常原材料形成疏松和裂纹，焊接过程不稳定等问题。单纯的依靠激光焊接技术本身很难彻底解决上述问题。因此，为减少或消除激光焊接的缺点和不足，通过研究，在保持激光焊接技术优点的基础上，把激光热源和其他热源结合使用，在保证激光焊接的优点的基础上，减少或者消除其缺点和不足，把激光与其他热源进行复合焊接。复合热源焊接方式可以有效的解决激光焊接技术的缺点和不足，形成良性、合理利用。

3.2 激光焊接技术的应用方面

现阶段，激光焊接技术在应用方面已经覆盖了工业制造、农业生产、航空航天、海洋勘探等生产领域，激光焊接技术的应用范围已经比较广泛。有关于焊接的相关领域都能够看到激光焊接技术的应用价值和贡献。随着激光焊接技术的更新和不断完善、创新，激光焊接技术的应用领域以及应用空间的广度和深度也会随之加深，激光焊接技术的不断完善和提升直接导致激光焊接技术应用领域的不断扩大。在今后的发展过程中，激光焊接技术的应用不只停留于简单的设备和机器，逐渐会向各领域的高、精、尖机械设备方面发展。这也会加大的提高激光焊接技术的技术含量和科技成分，提高激光焊接技术的应用深度和广度。

4 结语

激光焊接技术随着科学技术的不断发展也会呈现出快速、全面发展的态势，激光焊接技术由于本身的技术优势和价值其发展前景非常可观。我国通过多年的激光焊接技术的研究与开发，逐步建立了生产、研究、开发相结合的激光焊接发展体制，并在个别的技术环节和应用方面取得了一定的研究成果。相关的激光焊接技术科研成果逐步的应用于工业制造、农业生产、航空航天、海洋勘探等生产领域。

参考文献

[1] 梅汉华，肖荣诗，左铁钏.采用填充焊丝激光焊接工艺的研究[J].北京工业大学学报，1996，22（3）：38-42.

[2] 刘亚林，李长义，吴海树.异种金属激光焊接熔焊区的组织合金化[J].现代口腔医学杂志，2002，16（4）：310-312.

[3] 关振中.激光加工工艺手册[M].北京：中国计量出版社，1998.

激光焊接篇4

【关键词】激光-MAG电弧复合焊；焊接工艺；对比试验研究

0.引言

随着激光焊接工艺应用范围推广，激光-MAG电弧复合焊接工艺成为一种新兴的焊接工艺备受青睐，应用日益广泛，如造船业、管道运输和车辆制造等领域。

轨道车辆的承载部件主要包括走形部转向架构架和车体钢结构的牵枕缓，主要采用中厚低合金钢板（板厚为8～16mm）通过冷加工压型（或滚压成型）的零件，相互拼焊组装而成。通常焊接工艺为自动或半自动MAG焊接。

通过激光-MAG电弧复合焊和MAG焊接工艺对比试验验证及性能试验，为激光-MAG电弧复合焊接工艺在轨道车辆承载部件应用提供试验数据和研究基础。

1.激光—MAG电弧复合焊原理及特点

1.1激光-MAG电弧复合焊接原理

激光-MAG电弧复合焊接是将激光焊接和电弧焊接有机结合起来的一种高效优质焊接新工艺。它将激光和电弧这两种热源物质的物理性能、能量传输机制截然不同的复合在一起，共同作用于被焊接件的表面，通过两种热源物质的相互作用及复合热源与工件的作用完成焊接过程。

采用激光+电弧的复合方式可以充分发挥两种热源的优势，在同等条件下，激光-MAG电弧复合焊接比单一的激光焊或电弧焊具有更强的焊接工艺适应性和更好的焊缝成型质量。

1.2激光-MAG电弧复合焊接的特点

（1）焊缝熔深增大。熔化的熔池金属可以提高对激光光源的吸收率，而激光束在熔池中产生小孔，保证在高速焊接条件下获得理想的焊缝熔深，并保证焊接过程中的稳定和获得规则焊缝成型。

（2）焊缝质量改善，焊接缺陷减少。激光束可以使焊缝加热变短，不易产生晶粒过大而且热影响区减小，改善焊缝组织性能。同时，在电弧的作用下，复合热源能减缓熔池的凝固时间，有利于气体和杂质的溢出，有效减少焊缝中气孔、裂纹、咬边等缺陷。

（3）焊接过程稳定。由于激光作用在熔池中会形成匙孔，对电弧有吸引作用，从而提高了焊接的稳定性。匙孔也会使电弧的根部压缩，从而增大电弧能量的利用率。

（4）生产效率提高，生产成本降低。激光和电弧的相互作用增大焊接速度，电弧的作用使得较小功率的激光器就能达到很好的焊接效果，与纯激光焊接工艺相比可降低焊接设备成本。

激光-MAG电弧复合焊接工艺能够形成大深宽比、高质量焊接接头，提高生产效率、降低生产成本的诸多优势，作为一种优质、高效、清洁的焊接技术，具有良好的应用价值。

2.激光—MAG电弧复合焊接工艺可行性试验

2.1试验材料及其化学成分和物理性能

试验焊件选用常用低合金钢材Q345C（板厚12mm），试验填充焊丝选用ф1.2实心焊丝（牌号 CHW-55CNH）。

2.2 试件组装间隙及钝边调整试验验证

在坡口角度选定常用的60°时的激光-MAG电弧复合焊缝成型及外观如图1所示，其中钝边尺寸分别取为4mm和2mm，组焊间隙分别选取0和1mm。

图1 焊缝成型及外观

当钝边尺寸为2mm时，无论组装间隙为0还是1mm，焊缝根部完全熔透，焊缝表面成型良好，无缺陷。但是外层焊缝需要两道才能完全熔合。

当钝边尺寸为4mm时，无论组装间隙为0还是1mm，焊缝根部完全熔透，焊缝表面成型良好，无缺陷，外层焊缝一道完全熔合。比较组装间隙，由于当离焦量为+2～+4mm时，对应作用在焊件表面的激光斑束直径一般为1.0～1.5mm，因此底层焊道的组装间隙不应大于1mm。同时，底层焊道均呈凹形，有利于后续焊道的填充。

根据上述试验结果分析，当选用坡口角度60°、钝边尺寸4mm、组装间隙0为宜，最大不能大于1mm。

3.激光—MAG电弧复合焊与MAG焊工艺对比

板厚12mm的板材对接焊缝焊接工艺对比。

对比板厚12mm的板材对接焊缝，坡口角度60°、钝边尺寸4mm、组装间隙0试件，激光-MAG电弧复合焊比MAG焊接线能量减少50%以上，焊缝填充金属的质量减少60%左右。表明激光-MAG电弧复合焊具有焊接线能量低，焊接速度快和节约焊接熔敷金属等焊接特点。

（1）对接接头力学性能对比结果表明：焊接接头及热影响区的维氏硬度方面，激光-MAG电弧复合焊接工艺高于MAG焊接工艺试件；拉伸、弯曲性能两者相当，但冲击韧性方面，激光-MAG电弧复合焊接接头优于常规MAG焊接接头。

两种焊接工艺的焊接接头区域的焊缝和热影响区的维氏硬度都低于标准规定的退货状态下最高硬度值320 HV10，符合要求。

（2）对接接头对比—冲击扫描对比：两种焊接工艺的焊接对接接头—冲击扫描对比结果如图2所示。

图2 接头冲击扫描对比结果

经过低温冲击试验后，激光-MAG电弧复合焊接接头的焊缝和热影响区的冲击断口起裂区均呈现韧窝状微观断裂特征，属于典型的韧窝断裂性质。而MAG电弧焊接接头的焊缝区的冲击断口呈准解理+少量韧窝状的混合断裂特性；其热影响区的冲击断口起裂区韧窝状，为韧性断裂特征。

（3）对接接头对比—接头宏观、微观组织对比：两种焊接工艺的焊接对接接头—宏观、微观组织对比结果如图3所示。

图3 宏观、微观组织对比结果

宏观组织对比：MAG焊接接头中，焊缝根部完全熔合，焊道之间及焊道与母材之间完全熔合，没有气孔等缺陷。激光-MAG电弧复合焊接接头中，焊缝根部完全熔合，焊道之间及焊道与母材之间完全熔合，没有气孔等缺陷，焊缝具有较大的深宽比。表面焊缝的成型主要依靠电弧焊，而底层焊缝主要借助于激光束的匙孔效应，保证了完全熔透和完好的背面成型。

两种焊接接头宏观组织对比可以发现，激光-MAG电弧复合焊接接头中，焊缝与母材之间的焊趾部位圆滑过渡，可以明显降低焊缝应力集中程度，有利于接头疲劳强度改善。

微观组织对比：两者的焊接接头特征区划分相同，焊接热影响区分为熔合区、粗晶区（过热区）、相变重结晶区（正火区）和不完全重结晶区（不完全正火区），焊缝及热影响区各微观区的组织结构没有发生变化，只是由于激光-MAG电弧复合焊的线能量较小，接头区域冷却速度较快，使得接头区域的晶粒度在一定程度上细化，焊接热影响区粗晶区宽度减小，从而改善焊接接头的力学性能。

4.结论

（1）通过焊接工艺可行性试验表明：激光-MAG电弧复合焊焊接板厚12mm的低合金钢板对接焊缝时，采用坡口角度60°、钝边尺寸4mm、组装间隙0～1mm，焊接质量高，焊缝成型好。

（2）通过激光-MAG电弧复合焊接与MAG焊接工艺对比表明，激光-MAG电弧复合焊接线能量减少50%以上，焊缝填充金属的质量减少60%左右。体现激光-MAG电弧复合焊具有焊接线能量低，焊接速度快和节省焊接材料的工艺特点。

（3）通过激光-MAG电弧复合焊接与MAG焊接焊缝的宏观组织对比表明，激光-MAG电弧复合焊接接头中，焊缝与母材之间的焊趾部位圆滑过渡，可以明显降低焊缝应力集中程度，有利于接头疲劳强度改善。

（4）通过激光-MAG电弧复合焊接与MAG焊接焊缝的微观组织对比表明，激光-MAG电弧复合焊接接头的焊缝和热影响区各微区的显微组织没有发生变化，只是由于复合焊接的线能量较小，接头各区域冷却速度较快，使得接头区域的晶粒度在一定程度上细化，焊接热影响区粗晶区宽度减小，从而改善焊接接头的力学性能。

（5）轨道车辆主要承载结构焊接量大，焊接质量要求高。通过验证结构中典型的对接接头的激光-MAG电弧复合焊接工艺，能有效提高生产效率，改善工作环境，提高焊接质量。

【参考文献】

激光焊接篇5

关键词：活塞，激光焊接

中图分类号：P755.1文献标识码： A 文章编号：

引言

发动机的活塞是发动机系统的重要组成部分，而大中型发动机的活塞又具有活塞基体和活塞顶环两部分。其活塞基体与活塞顶环需要在过盈配合的基础上进行焊接。随着材料加工技术的发展，为了获得更好的金相组织，获得更美观的焊缝，人们逐渐从传统的焊接技术转向了具有高能束特点的激光加工技术。同时，作为大批量生产的对象，系统对于机电光一体化的要求也极为严格。本系统采用了激光焊接方式，配置了一套发动机活塞激光焊接装备。系统具有数控加工机床主体，一台8kW光纤激光器通过光纤将激光输出到激光焊接头YW52上。系统配备了焊接头的CCD系统，用于TCP点校正。由西门子828D-SL数控系统进行统一控制，带有四个工位，分别为人工上料工位、预热工位、焊接工位、下料自动搬运工位。

该设备主体为直角坐标激光加工数控机床，X，Y，Z轴由数控系统进行控制，采用滚珠丝杠、线性导轨驱动。激光加工机床直线轴具体指标如下：

行程： X：300mm，Y：300mm，Z：100mm；最大速度：X：24m/min，Y：24m/min，Z：24m/min。重复定位精度： X：±0.01mm，Y：±0.01mm，Z：±0.01mm。

系统功能部件特点

激光器及光学配套设施

本系统集成IPG 8000W多模掺镱光纤激光器，是目前世界上最为先进的固体激光器，激光束模式为多模，适合于金属焊接、切割、快速成形等。IPG高功率光纤激光器是采用阵列若干个光纤激光器模块的模式，这些模块输出的激光通过合束器合束，最终得到一束高功率的激光。光纤激光器模块中的泵浦源为单芯结半导体模块，它具有高功率、高效率、高亮度的特点。

本系统的激光焊接头采用的是德国Precitec公司生产的YW52激光焊接头系统，该系统由光纤准直镜连接系统、聚焦镜、保护镜、气刀等机构组成。它具有高效率、可支持大功率激光光源等特点。利用高质量的透镜，以及适当的保护气体供给，来完成高质量的焊接；利用独特的气体横吹，来延长保护窗口的使用寿命；灵活性便于不同配置的模块设计。

激光加工机床系统

本系统的机床主体采用数控系统进行控制。系统为西门子828D，机床部分共驱动了3个直线运动伺服轴，1个工件旋转伺服轴，1个凸轮分度轴。加工机床主体示意图如图2.1所示。

图2.1 加工机床主体示意图

Fig. 2.1 The layout of the main body

该设备使用了西门子828D-SL系统，此系统适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。为机床的自动化提供了全方位的解决方案：全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。控制能够实现任意四轴插补联动，伺服轴都能实现伺服精确定位，828D-SL可支持PROFINET 总线协议，通过增设PN-COUPLER 与S7-315-2 PN/DP 进行通讯，再由S7-315-2 PN/DP 可以任意添加DP 协议第三方设备，具有中英双语操作界面，具有中文报警显示，安全门、急停安全回路设计，激光出光安全联锁，具有远程诊断功能，具有DNC 功能。

本系统采用工件旋转的方式来完成环形焊缝的焊接，并设置了旋转焊接工位。

旋转焊接工位采用工件始终在同一水平高度、旋转工位直接进行旋转驱动、在夹具和小旋转台共同保证旋转精度的基础上适度进行数控补偿的方法。

预热及缓冷系统

本系统配备了中频预热系统。预热系统可起到降低焊前温度梯度的重要作用，从而防止出现裂纹和焊接缺陷。该系统采用了固态中频预热机。固态中频感应加热电源，采用IGBT构成并联型逆变器，主要包括整流器、滤波电路、逆变器、槽路、加热变压器及相应控制保护电路。除了预热之外，还配有缓冷系统，起去除应力的作用，也对金相组织的质量保证起着重要作用。

焊接结果及结论

系统经过实际的焊接实验后，可达到如表3.1所示焊接结果。

表3.1 焊接实验结果

Tabel 3.1 Welding experimental result

激光焊接技术可有效适应大批量活塞生产的需求。作为活塞生产线，除了焊接过程工艺的控制、夹具及加工头运动的特殊考虑、焊接质量的在线监控外，还应加入焊前预热、焊后缓冷过程，从而优化材料的金相组织，抑制飞溅，减小焊接应力。最终达到工件焊缝成形良好，无飞溅、凹陷、气孔、裂纹等缺陷，并能连续稳定生产的目的。

参 考 文 献

1.K Partes,G.Sepold.Modulation of power density distribution in time and space for high speed laser cladding[J].J.Mater.Process.Technol.,2008,195(1-3):27~33

2.杜晓明,,常雷.集成化的交互式电子技术手册技术研究[J].装备指挥技术学院学报,2006（3）：77-88.

3.王金凤.机械制造工程概论[M].北京:航空工业出版社,2005.

激光焊接篇6

关键词：激光焊 SUS301L奥氏体不锈钢 S-N曲线 疲劳性能

中图分类号：TQ639 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0001-03

近几十年来，由于疲劳破坏而导致的灾难性事故频繁发生，为满足现代工业发展的需要，人们越来越重视疲劳破坏的影响。随着工业的发展，新的工程结构和新材料的使用带来了疲劳研究的新课题，加上疲劳研究原来就存在的问题，疲劳研究将赋予新的意义[1]。该研究即是根据疲劳研究的新趋势，针对客车公司实际生产中面临的技术难题而进行的新型研究。

1 试验参数的设定

该文根据前期的激光焊接试验，选择焊接最优参数为：激光功率2.0 kW、焊接速度22 mm/s、离焦量0.5 mm[2]。试验选取了激光功率、焊接速度两个焊接参数见表1。

采用“二因素 三水平”的研究方法做正交试验表，并通过拉伸试验得到激光焊接头的力学性能，所得试验结果列于表2。

说明：方案三所得的实验数据经分析不合理，所以舍弃。

2 激光焊接头疲劳性能分析与研究

2.1 疲劳试验方法

在某些情况下需要通过疲劳试验来确立元件、结构件或材质的疲劳强度曲线，国际焊接学会推荐S-N数据以图形表示。此时，其横坐标为以对数形式示出的循环次数，而纵坐标为以对数示出的应力范围[4]。而本实验采用的是以最大拉剪载荷（Fmax）及拉剪载荷范围（F0.1）表征的激光焊接头S-N曲线。

2.2 激光焊接头疲劳性能测试

激光焊接头疲劳性能试验依据GB/T 13816-92标准进行。根据技术要求，SUS301L系奥氏体不锈钢板搭接的板厚组合为1+2 mm，疲劳试样尺寸见图1。试验条件：采用拉-拉加载方式；循环应力比为r=0.1；加载频率为130 Hz；在室温、空气介质中进行接头疲劳性能测试；约定在107周次循环时仍未起裂的拉剪疲劳载荷为条件疲劳载荷。焊接接头的疲劳性能采用GPS-200型疲劳试验机，按照拟定的试验参数进行疲劳试验。疲劳试验数据如表3、表4所示。

2.3 试验数据处理及疲劳性能分析

用最大拉剪载荷（Fmax）及拉剪载荷范围（F0.1）表征的激光焊接头S-N曲线如图2所示。基于图2的试验结果，可以得到以下结论：

（a）在激光焊接线能量=0.8636 kJ/cm的条件下，焊接接头的疲劳载荷为：3.9 kN（最大拉剪载荷）、3.51 kN（拉剪载荷范围）。

（b）在激光焊接线能量=0.9091 kJ/cm的条件下，焊接接头的疲劳载荷为：4.0 kN（最大拉剪载荷）、3.60 kN（拉剪载荷范围）。

图3为不同线能量下激光焊接头疲劳断裂位置。可以看出，在两种不同的线能量下疲劳裂纹均萌生于上板、下板与焊缝的交汇处。在高载荷条件下，疲劳裂纹在焊缝和下板中扩展；在中、低载荷条件下，疲劳裂纹在下板中扩展，扩展方向近似垂直于板厚的方向，断裂发生在2 mm厚的下板。

3 结语

该文以SUS301L奥氏体不锈钢为研究对象，选取了不同线能量下激光焊接头进行疲劳性能试验。通过数据处理建立并绘制接头的S-N曲线，对S-N曲线进行分析，得到了不同线能量下，激光焊接头的疲劳载荷（最大拉剪载荷及拉剪载荷范围），并对接头疲劳断裂位置进行了研究，得到不同载荷条件下接头疲劳断裂的位置的规律。

参考文献

[1] 崔约贤，王长利.金属断口分析四[M].北京：机械工业出版社，1998.

[2] 陈庆雷.SUS301L奥氏体不锈钢激光焊接头组织与力学性能的研究[D].吉林大学，2012.

激光焊接篇7

[关键词] 激光焊接、汽车制造、车身制造、应用

中图分类号：TG456.7；U463.82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）08-0257-01

一、前言

汽车的车身壳体是由几十种、甚至是上百种的薄板冲压件组合而成。这些钣金件通过焊接、铆接等方式进行连接。由于车身冲压件的材料多数是焊接性能优良的低碳钢，因此具有操作简单以及密封性能好的优势。目前在汽车车身制造过程中，由于受到市场对汽车行业的需要和汽车制造行业整体发展的影响，所采用的最广泛的焊接技术就是激光焊接技术，激光焊接技术应用的越来越广泛，并取得了很好的应用效果。

二、激光焊接的原理与概述

激光（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），从字面不难看出其意义是通过强光照射激光发生介质，进而使得介质内部原子的电子得到能量，电子运动在受激的情况下轨道发生偏移，从低能态进入高能态。当原子在激发态的状态下时，受到外界辐射感应，使得这些原子又变迁到低能态，同时有一束光发出，这束光在传播方向，偏振，相位和频率等方面，与入射光完全相同，即为受激辐射光。那么如何得到指向性高、高能量密度的激光，就显得尤为重要，也必须使得观光束能够在激光发生介质的两侧的反射镜内王府往复振荡，这就要求必须在一种封闭光线的谐振腔内进行，从而光强得到提高，同时光的方向性也得到了提高。

激光具备的优势有以下几个方面：①激光具有很强的方向性，在传播的过程中，基本不会向外发生扩散；②激光是一种单纯的单色光，波长和频率一定，不是多种光的混合体；③激光具有特别高的输出功率，当采用透镜进行聚焦后，可以得到高于太阳光几百倍的能量密度；④激光有较好的相关性，具有规律的波峰、波谷。

当前，在汽车车身制造中的主要焊接技术有激光焊、电阻点焊、MAG、MIG等，而车身不等厚板之间的拼焊以及车身焊接主要采用激光焊接技术。车身框架结构的焊接，比如侧围与顶盖的焊接。通过激光焊接的应用，车身的重量得到一定的降低，从某种程度上达到了省油的效果；通过激光焊接的应用，车身的装配精度得到提高，车身的刚度可以得到30%的提升，这样能够使得汽车的车身具有更高的安全性能；通过激光焊接的应用，还能有效降低冲压的施工成本和装配的施工成本，与此同时还能使得车身的零件数量减少，使汽车车身的一体化程度更高。将激光焊接技术运用到汽车车身的制造过程中，最早是从20世纪的80年代开始的，主要体现在车身焊接方面。激光技术通过偏光镜将反射激光的光束，集中在聚焦装置中，产生巨大的能量光束，工件在光束的照射下瞬间熔化，焊接成功。

三、激光焊接技术在汽车车身制造方面的应用

1、激光拼焊技术的应用

拼焊技术是汽车制造中的一个重要环节，普遍应用于汽车制造，在车身制造上的应用更为突出。激光拼焊帮我们解决了传统车身制造方式的缺点，传统方式是将各分部件先进行冲压成型，之后再进行焊接，焊接的效果总是不尽如人意，融合处处理不是很完美，甚至融合不是很好。激光拼焊过程中，在车身制造时顺序和传统方式正好相反，先进行焊接，再进行冲压成型。激光拼焊使用零件数量少，可以节约成本，并且能够进行不同材质、不同部位的钢板焊接，焊接精准度较高，这项技术在世界汽车制造业广泛应用，在奇瑞、一汽等国内汽车公司都已近开始使用激光拼焊技术，并且是最先进的汽车车身焊接技术。

激光热源具有特别高加热能力，并且能够将大量的能量进行集中，汇集到一个焊接点上，因此，有了上述提到的激光焊接的优势，从而实现薄板的快速连接。

2、激光熔焊技术的应用

熔焊在焊接过程中，不需要物质填充，可以通过激光在工件表面进行直接作用焊接。根据激光束的能量密度的不同，又有穿透焊和热传导焊之分。穿透焊的特点主要是熔深更深，焊接速度更快。在汽车的白车身上，有2-4层的焊接钢板，有4mm之厚，因此有更高的焊缝深度要求，对激光能量密度的要求也更高，而穿透焊恰恰适合。当激光在工件表面进行作用时，金属发生快速汽化，并且以蒸汽扩散到熔池中，形成一个蒸汽通道，在通道内，激光发生多次反射，使金属充分吸收激光能量，当产生的蒸汽压力不能够再向熔池扩散时，进入到一个稳定的焊接状态。熔池经过的位置，在蒸汽通道周围形成金属熔液流动，使上下两层板熔合在一起，金属冷却后，便形成一条高强度焊缝。热传导焊主要是利用激光汇聚一点产生的强高温度，熔化钢板，温度高达1490℃，通过热效应进行焊接，这种焊接方式多用于平板的拼焊。

3、激光填充焊技术的应用

填充焊不对工件本身进行熔化，而是熔化焊丝，主要通过激光的热效应达到效果，并填充到两个工件之间，进行焊接。填充焊过程中产生的热变形小，焊缝美观，多用于汽车顶盖的焊接。最早应用于车身加工的激光工艺是汽车顶盖的激光钎焊技术。

当前激光焊接技术在汽车车身生产中的应用已经成为一种必然趋势，通过激光焊接技术的应用，车身重量得到降低，车身的装配精度得到提高，车身强度得到加强，车身美观，成本降低，为我国汽车制造企业的稳定持续发展提供了保障。同时，激光焊接技术也得到了业内人士的高度关注，激光焊接技术的产业化和规模化的进一步发展，仍然是我们需要努力的方向，从而为推动我国汽车制造业飞速发展而出力。

4、激光焊

激光焊是运用激光器输出且经过光源聚焦的具有高能量密度激光作热源，对金属实行钎焊或熔化焊。激光焊有脉冲功率激光焊与连续功率激光焊。利用激光焊焊接过程中激光不和工件发生直接接触，具有较高的灵活性，接头实行对接或搭接。利用激光焊焊接工艺可以焊接部分变形较小、强度较高，利用传统焊接方法不能焊接的特殊材料汽车零部件。激光焊有很多优点，因为焊接过程没有连接的间隙，车身焊接位置在整个焊接过程中不会发生变形。激光焊接的焊接宽度和焊接深度比很高，如果焊接缝宽1mm，焊接深度要高达5mm，因此，激光焊的焊接质量非常高。因为激光焊的焊缝较为平整，焊接的痕迹较小，几乎不用再进行修补，很多汽车公司都在运用该焊接技术。上汽通用汽车公司焊接车侧围和顶盖连接位置运用激光焊，焊接后盖外板上片与下片连接位置运用激光焊，伴随汽车行业不断发展，激光焊运用一定会越来越广泛。

四、结束语

综上所述，在汽车车身制造过程中，激光焊接技术得到了十分广泛的应用，并且有效地推动了汽车企业经济效益的不断发展，因此在汽车车身制造过程中运用激光焊接技术具有十分广阔的应用前景。

参考文献

[1] 孔淑华，贾磊，袁宗杰，周学鑫.激光焊接技术在一汽-大众白车身焊接中的应用[J].电焊机，2010，5（02）：123-124.

激光焊接篇8

关键词：激光焊接 激光焊接工作台 锂离子电池激光焊接 激光焊接焊接影响 应用

中图分类号：TG456.7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（b）-0074-02

1 激光焊接技术概述

激光焊接的工作原理如下所示。

激光焊接工作是应用高能脉冲激光来实现，脉冲氙灯作为泵浦源，激光电源把脉冲氙灯点着，通过激光电源对氙灯放电，形成一定频率的光波，光波经过激光聚光腔照射到激光晶体上，使晶体受激辐射，再经过谐振腔之后发出波长的脉冲激光，该脉冲激光经过扩束，反射聚焦于所要焊接的物体，在控制器的控制下，移动工作台面完成焊接[1]。

2 一种锂离子电池电芯制作中激光焊接系统

锂电池激光焊接系统主要由激光器、导光系统、工作台、电池组件固定工装夹具、控制系统、冷却系统组成。

2.1 激光器

激光器的选用首先决定于所要求的波长、功率和模式，以及加工对象。同时还要考虑在工作环境下运行的可靠性，维修调整的方便性，尺寸的大小以及占用面积等因素。

2.2 导光系统

导光系统将激光由激光器引导至由聚焦光或匀光光具组成的加工头。加工头若是固定的，则导光系统固定不动，若加工头可以运动，那么导光系统也必须是可动的。

2.3 工作台

工作台用于固定电池零件工件，加工过程中确保工件与激光束的相对位置。根据加工要求，工作台能带动工件做所需的相对运动，工作台示意图见图1。

工作台功能及性能介绍如下。

（1）二轴运动模块：由两个伺服平台组合构成，每个伺服平台采用高精度电机驱动滚珠丝杆运动，线性导轨导向。伺服平台带动焊接头进行焊接。

（2）CCD监视模块：两个CCD与两个准直聚焦头同轴安装，在此工序中，CCD能够实时监控到焊点的焊接情况。

机架：由方钢钣金焊接而成，实现机器的牢固稳定、外形美观、运行稳定。

电控系统：实现对整个系统的控制（包括运动控制和传感器的检测）。

软件系统：实现各个步骤的焊接与激光焊接的配合。

2.4 夹具部分

夹具需对焊接样件进行完全防护，只漏出焊接区域，能够有效地防止焊穿现象的发生，防止焊渣飞溅落到产品表面。

（1）夹具机构：采用气缸夹紧，利用定位板定位，封闭式夹具结构防止焊渣飞溅落到产品表面。

（2）吹气机构：在不干涉夹具的情况下，使用加装侧吹方式（防飞溅气刀）吹保护气体，保证焊接表面效果；在飞溅严重的正极两侧，安装专用气刀，由压缩气体组成屏障，防止飞溅污染保护镜片。

（3）导向部分：使工件沿导向槽放入夹具中，提高装夹效率。

2.5 冷却系统

激光焊接机工作时，泵源对激光器的输入能量大部分都转化为灯、工作物质和聚光腔的热能。工作物质温度过高时，会严重损害激光器的正常工作，因此，必须采取冷却措施。一般采用闭合回路冷却系统，包括液泵、热交换器和容器等。

当前的激光器件已经形成系列化，使用比较成熟，因此，控制系统的性能就对整机功能起到重要影响。要求更加智能化和自动化[2]。

3 激光焊接技术在锂离子动力电池电芯制作中的应用

3.1 在锂离子动力电池（叠片工艺）电芯制作过程中的应用

电池盖板极柱组件极耳软连接引片厚度、材质，极耳引片（Tab）厚度、材质，焊接面积，焊印形状，焊接参数等。在使用激光焊接的过程中，要综合考虑各种因素，并进行大量实验，才能得到良好的焊接效果。

电池在制作过程中，对于层数较多的软连接，需通过超声波焊接机对多层软连接进行预焊，再将预焊后压平后的软连接与盖板极柱利用激光焊接起来。若软连接层数较少，可直接对多层软连接与极柱进行激光焊接，无需超声波预焊整形处理。

3.2 影响焊接过程因素分析

进行焊接过程，需要保证物件完全加紧压平，确保有效焦距的位置公差精度，另外焊接过程中要使用氮气保护器，对焊接位置进行保护，防护产品氧化[3]。

脉冲激光焊接机的规格参数主要为最大电功率、转换效率，最大激光功率，最大脉冲能量，峰值功率，最大光路分时分光反馈速度、决定了焊机规格的选择[4]。

在锂电池生产过程中，此项工序作为特殊关键工序规定，一定要进行首件三检和过程自检，焊接完成后，需要使用拉力设备检验焊接效果，检验产品焊接拉力和粘连面积，根据测试结果对焊接参数进行调整，直至焊接效果最佳方能连续生产，保证电池组件焊接质量一致性。针对动力电池壳体、盖板激光焊接试验，通过调整激光焊机脉宽、频率、峰值功率等工艺参数，验证不同参数对激光单点能量及焊接平均功率的影响，结合平均功率对焊缝熔深影响及不同熔深状态下与焊缝耐压强度的对应关系，进而优化激光焊接工艺参数，确保动力电池激光焊接过程的稳定性和焊接质量的一致性[5]。

4 结语

目前，与激光焊机配合的工作台及焊接工件固定夹具的精度和自动化程度，对焊接的效果及生产效率有很大的影响。在使用焊机的过程中，需要对焊机的环境加以控制。其中若出现保护镜片过脏，焦距不合适，极柱与软连接装夹不到位，存在有间隙，软连接层间未压实等因素，均会出现产品虚焊和脱焊不良，影响物件连接强度，对于电池而言，严重影响电池内阻和容量性能。激光器冷水机水温过高，光纤烧坏，激光棒爆裂等故障均为导致设备不出激光。国内的激光焊接厂家数量很多，产品的优点是设备价格适中，但焊接质量及设备稳定性与进口设备相比，仍存在一定差距，而锂离子电池制造过程对于焊接质量的一致性要求较高。

参考文献

[1] 梁艳梅.激光焊接中各参数对焊接质量影响的研究[J].价值工程，2015（30）：137-139.

[2] 郝新锋，朱小军，李孝轩，等.激光焊接技术在电子封装中的应用及发展[J].电子机械工程，2011（6）：43-45.

[3] 刘其斌.激光加工技术及其应用[J].北京：冶金工业出版社，2007.

激光焊接篇9

[关键词]激光-电弧复合；焊接；应用

中图分类号：TG457 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）06-0006-01

激光-电弧复合焊将激光焊和电弧焊两种工艺相结合，取长补短发挥各自优势，不仅能获得好的焊接质量和生产效益，而且还能降低成本，实现高效、优质的焊接。

1 基本原理

激光-电弧复合焊接的原理如图1所示，激光与电弧同时作用于金属表面同一位置，焊缝上方因激光作用而产生光致等离子体云，等离子云对入射激光的吸收和散射会降低激光能量利用率，外加电弧后，低温低密度的电弧等离子体使激光致等离子体被稀释，激光能量传输效率提高；同时电弧对母材进行加热，使母材温度升高，母材对激光的吸收率提高，焊接熔深增加。另外，激光熔化金属，为电弧提供自由电子，降低了电弧通道的电阻，电弧的能量利用率也提高，从而使总的能量利用率提高，熔深进一步增加。激光束对电弧还有聚焦、引导作用，使焊接过程中的电弧更加稳定。

2 激光-电弧复合热源焊接的特点

激光-电弧复合热源焊接是将电弧与较小功率的激光配合一起从而获得大熔深的焊接方法。它是将两种物理性质、能量传输机制截然不同的热源复合在一起，共同作用于工件表面，从而实现对工件进行加热完成焊接的过程。采用激光与电弧的复合方式可以充分地发挥两种热源的优势，弥补双方的不足，是一种新型、优质、高效、节能的焊接方法。在同等条件下，激光-电弧复合焊比单一的激光焊或电弧焊具有更强的适应性，焊缝的成型性更好。其优点如下：

（1） 提高了焊接接头的适应性。由于电弧的作用降低了激光对接头间隙的装配精度的要求，因此可以在较大的接头间隙下实现焊接。

（2） 增加了焊缝的熔深。在激光的作用下电弧可以到达焊缝的深处，使得熔深增加。其次由于电弧的作用会增大金属对激光的吸收率也是熔深增大的原因。

（3） 改善焊缝质量，减少焊接缺陷。激光的作用使得焊缝的加热时间变短，不易产生晶粒过大而且使热影响区减小，改善焊缝组织性能。由于在电弧的作用下复合热源能够减缓熔池的凝固时间，使得熔池的相变充分的进行，而且有利于气体的溢出，能够有效地减少气孔、裂纹、咬边等焊接缺陷。

（4） 增加焊接过程的稳定性。由于激光的作用在熔池中会形成匙孔，它对电弧有吸引作用，从而增加了焊接的稳定性。而且匙孔会使电弧的根部压缩，从而增大电弧能量的利用率。

（5） 提高生产效率，降低生产成本。激光与电弧的相互作用会提高焊接速度，由于电弧的作用使得用较小功率的激光器就能达到很好的焊接效果，与激光焊相比可以降低设备成本。

3 激光-电弧的复合方式

激光-电弧复合热源使用的激光器一般有CO2激光器和Nd：YAG激光器，电弧包括TIG电弧、MIG电弧和等离子电弧。

根据激光与电弧的相对位置不同可分为：同轴复合，即激光与电弧处于同轴共同作用于工件的同一位置；旁轴复合，即激光束与电弧以一定的角度共同作用于工件的同一位置。激光与电弧的旁轴复合根据不同情况又可分为激光在电弧前和激光在电弧后两种。激光与电弧的相对位置不同会对焊缝的表面成形和内部的性能产生重大的影响。激光束在电弧前，焊缝的上表面成形均匀且饱满美观，特别是在焊接速度较大的情况下效果更明显；而电弧在激光束前，焊缝的上表面会出现沟槽。通过对焊缝的成分及性能进行分析，得知两种情况下Mg元素含量都是从焊缝上部到下部递增，而激光在电弧前焊缝上部的硬度小于下部，激光在电弧后焊缝上部的硬度大于下部的硬度。出现这种情况的原因是电弧在后时，热源作用面积大，热源移走后焊缝冷却慢而有利于熔池中的气体溢出，因此成型好；而且电弧热源作用于激光后相当于对焊缝进行一次回火而其热量不能传输到焊缝较深处，故而下部未回火，因此焊缝上部的硬度小于下部。

根据电弧的不同，目前激光-电弧复合焊方法主要有：

（1） 激光-TIG复合焊。它的焊接速度是激光焊的几倍以上，多数用于薄板高速焊，也可用于不等厚材料对接焊缝的焊接。这种复合方法是激光复合焊中最早进行研究的。

（2） 激光-MIG复合焊。利用填焊丝的优势可以改善焊缝的冶金性能和微观组织结构，常用于焊接中厚板。因此这种方法主要用于造船业，管道运输业和重型汽车制造业。

（3） 激光-等离子复合焊。激光与等离子复合一般采用同轴复合方式。等离子弧具有刚性好、温度高、方向性好、电弧易引燃等优点，非常有利于进行复合热源焊接。

4 激光-电弧复合焊接的应用

4.1 在汽车工业中的应用

汽车行业中，随着车辆运输设备朝着轻量化发展，车身框架结构中也更多地引入了铝、铝镁等轻质合金，其主要为了节约能源，减少污染，改善车辆机动性能以及车身材料的再生性。典型的铝合金车型有德国大众的Audi A2、A8及日本本田的NXS，大众的新款Audi A8更是采用了全铝合金框架结构。在铝合金车身焊接中，以前主要采用激光焊和熔化极气体保护焊，随着激光-电弧复合焊工艺的成熟，车身焊缝复合焊所占比例也逐步上升。

激光-电弧复合焊接在汽车制造业中是一种全新的连接技术，两者能量的协同优化作用，使得应用愈来愈广，特别是在代替原来激光焊接焊前装配要求很严格或是焊接性能不可能达到要求的部位。通过选择不同的工艺参数，获得需要的焊缝形貌及其结构组成，电弧部分通过填充焊丝增加焊缝桥接能力，降低焊前装配要求，而激光增加熔深，两者的复合，工艺更加稳定。宽广的应用和工艺的低适应性，使得复合焊在汽车制造中减少设备成本投入，缩短生产周期，降低生产成本，对提高生产力起到了显著的效果。

4.2 在造船业中的应用

一般船体结构中，钢结构占主体，传统的焊接方法为手工电弧焊和MIG/MAG焊，但效率较低。激光-电弧复合焊接是一种实效的连接方法，在船体的结构件焊接过程中对激光-MIG复合热源焊接与常规焊、激光焊进行比较研究，研究内容包括了焊接效率、材料特性、接头形式、焊缝变形等多方面。焊缝接头通过弯曲、拉伸等试验，在焊接结果中可明显看出激光-MIG复合热源焊接的优势。

4.3 在其他行业中的应用

石油化工的油罐、管道连接也是激光-电弧复合焊一个重要的应用方面。通常的石油管道壁厚较大，常规电弧焊接需要设计特殊的坡口，进行多道焊，在反复的起弧收弧阶段易产生缺陷。复合焊则充分利用电弧焊的桥接能力和激光焊的深熔性，能一次单道焊接成形，减少焊接缺陷，提高焊接效率。

参考文献

激光焊接篇10

1焊接技术在火工品应用中的要求

一是焊缝宽度小，火工品体积通常较小，焊接区域缺乏可动空间，密封性要求高，采用一般的密封胶、整体封接均不可取；二是焊缝质量好，要求焊缝光滑、无气孔，产品结构平整；三是热影响区域小，由于火工品中装有敏感药剂，其热影响区域要最小，否则制约火工药剂的发挥。

2激光焊接技术的特点

通过激光的辐射能量达到有效焊接目的。工作过程为：以某种方法将激光活性介质比如CO2与其他气体的混合气体等加以激励，实现在谐振腔中的多次振荡，产生受激辐射光束，在接触到工件时，工件会吸收其能量，温度符合熔点时开始焊接。其特点有：一是深宽比高，焊缝宽度较小，热影响区域小，产生的变形小，焊接速度快；二是焊缝质量高，没有气孔，焊缝具有强韧性。

3激光焊接在火工品中的应用

3.1激光焊接在火工品的密封性上应用以上的技术特点显然符合火工品的生产工艺要求。火工品通常主要应用在武器系统、国防兵器体系中，导弹系统等之中。（1）火工品结构密封应用。通过对一种产品进行激光焊接技术的应用，采用激光束聚焦能量焊接壳体、电极塞，焊接焊接不需焊料加入，焊接熔深0.2～0.3mm，并且根本不影响壳体强度，焊缝紧密、光滑、宽度小。可以数字化控制焊接能量，保证每个产品可在显微镜下进行焊缝检查。还可以通过将其和铝垫圈密封方式比较，检验其焊接质量。方法是：对于铝垫圈的密封实验，由于铝垫圈容易变形，因此用来密封壳体和电极塞，在两者的底部涂以密封胶，将铝垫圈、电极塞先后装上，并且给予电极塞220kg的压力，促其变形至槽内，从而实现密封，最后静置固化。对于激光焊接密封的实验，利用激光焊接的方法焊接壳体和电极塞，不适用铝垫圈，装配完成后对比两组的气密性。采用温度冲击试验，常温试验后，再进行-40℃和+60℃温度下的试验。实验结果显示，铝垫圈密封后的产品的气密性减弱，发生漏气问题；激光焊接技术应用的产品深熔性好，由于激光焊接焊缝处材料通过焊接母体熔融产生，焊缝的质量好。（2）火工品药剂封装工艺应用。火工品装配需要将药剂密封，以往采用涂胶的方式来密封、防潮、粘接，通常采用环氧密封胶，其弊端日益凸显，比如手工利用竹签涂覆，胶的用量多少难以把握，容易产生小气孔，制约了产品的合格率、密封性；固化胶的金属粘连强度、力度各有不同、能力有限；固化胶固化后和金属材料收缩率有差异，制约产品的密封性、长贮性，如今已经不能适用先进工艺的要求。采用激光焊接技术将火工药剂整体密封在金属壳内，能够增强火工品的贮存寿命，防止药剂受潮失效问题发生。若对已经装有火工药剂的产品焊接危险性大，因此，焊接的热影响区域要小，激光焊接工艺正好符合。有对一种雷管进行的管壳密封焊接实验，将I-INS炸药装入雷管，在实施焊接的过程没有发生爆炸，最后还进行氦质谱泄露实验，密封性相比采用固化胶密封性好。

3.2激光焊接技术在火工品结构连接上的应用（1）外部连接。火工品外部链接材料单薄，螺纹连接基本难以完成。连接处的连接强度有一定要求。一般的焊接可能将薄壁击穿，产生宽的焊缝。利用电子束焊接，处于真空中的工作环境，焊缝出现突出现象，尾盖厚度小的话，螺纹连接也难以实现。采用激光焊接技术的焊接熔点小、焊接强度大、焊缝狭窄、整体美观等优点和采用惰性气体保护的环境下来进行焊接，可以避免外部薄壁连接问题发生。（2）内部连接。选择一种冲击片雷管进行封装，在电极塞和桥薄上固定好加速膛，在狭小的密封空间内，焊接的电极塞壳体壁薄，密封胶强度小。采用激光焊接工艺能够较好地实现封装，在第三代火工产品中应用较好。

4激光焊接技术的应用不足和应用前景

4.1实际应用中的不足焊缝质量检测工作不完善。由于火工品在武器系统中的应用要求其必须具有一定的承受恶劣环境的技术，利用激光焊接技术进行结构焊接，必须对其焊接质量中要求的环境如高低温、冲击、振动、过载等认真检测，开展实验，进行数据分析，逐步完善；点火药盒的结构单一，一般检验有无漏装药仅利用产品称重方式开展，并以抽检来进行检验，因此必须进行射线检测，避免错装、漏装等问题；密封圈的装配一定要细致、到位，否则会将传火通道堵塞，必须提出检验要求，让操作人员在总装前及时检查传火通道，避免火工品质量受损；火工品多媒体记录只有发火实验数据、射线底片，因此要提升产品的过程质量可追溯性。焊接温度是影响火工药剂的重要因素之一，必须加以控制。在对装有药剂的火工品进行焊接过程中，焊接温度要求必须低于火工药剂的发火临界值，及时分析并整理药剂的基础数据，及时控制焊接功率，从而促进高质量的焊接工艺实现，达到较高的焊缝强度，避免火工药剂受到影响。面对以上的应用问题，必须及时进行解决。对于火工品中的关键控制点要进行控制，并且及时记录，保证有纸质、图片、摄像等记录，及时进行追溯和有效控制；同时还要对过程控制的要求进行进一步的量化、细化，能够具体化的实施。比如对于火工品的装药过程要及时拍摄记录，实现可追溯；在激光焊接火工品中出现的假品、工艺件、合格品必须加以区别，采用颜色等标记。此外，还可以安排专人进行质量监控，设计产品质量控制表进行产品检查记录，及时发现问题，保证产品的优良生产。

4.2激光焊接技术应用前景激光焊接因其技术的优势，在第三代武器系统中应用较广，提升了火工品的封装、性能。可是，激光焊接技术的投资较大，必须积极开发大功率的CO2、NdoYAG激光器，扩大消费市场，不断降低激光焊接技术成本，逐步加大新型激光器的研发，加大对焊接环节的控制，实时监测焊缝缺陷，争取实现自动化，不断优化激光焊接工艺水平，促进激光焊接技术在更广范围内的应用；火工技术的迅速发展，还会使火工品的设计规划走向小型化、稳定化、安全化，改变零部件的应用方式、加工方式，提升工艺技艺。

5结语