激光焊接技术十篇

激光焊接技术篇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.

激光焊接技术篇2

关键词：激光焊接技术；原理；特点；应用；发展趋势

Abstract: laser as a high speed, high precision, high quality and low deformation of welding technology, has been used widely in the industry. In this paper, the laser welding technology of welding principle, characteristics, process parameters, application field in detail, and connecting with the reality, laser welding technology to the development trend of certain discussion.

Keywords: laser welding technology; Principle; Characteristics; Application; Development trend

中图分类号：P755.1 文献标识码：A 文章编号

前言：激光作为一种电磁波，具有许多自身特有的性质，在工业领域得到了广泛应用。激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一，又常称为镭射焊机、激光焊机，按其工作方式常可分为自动激光焊接机、激光模具烧焊机、光纤传输激光焊接机、激光点焊机。

1 激光焊接的原理

激光焊接是利用高能量的激光脉冲辐射至材料，对材料进行微小区域内局部加热，利用激光与金属的相互作用，激光辐射的能量以热传导方式，向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池，达到焊接的目的。

按焊接熔池形成的机理划分，激光焊接有两种基本的焊接机理：热传导焊接和激光深熔焊。前者所用激光功率密度较低（105～106W／cm2），当激光照射到材料表面时，一部分激光会被材料吸收，一部分会被反射，材料吸收后将光能转化为热能市材料表面熔化，然后以热传导的方式向工件内部传递热量形成熔池，最后将两个焊件熔接在一起。热传导焊接熔深浅，深宽比较小。

2 激光焊接的特点

电弧焊、电阻焊、高能束焊（电子束焊、激光焊）、钎焊、电渣焊、高频焊、气焊、气压焊、爆炸焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊等焊接方式，是目前常用的焊接工艺。激光焊接相比于其他焊接方式，具有以下无法比拟的优点：（1）可将进入的热量降到最低的需要量，热影响区域的相变化范围小，因热传导所导致的热变形最低；（2）32mm厚板的单道焊接的工艺参数业经鉴定合格，降低了厚板焊接所需的时间，甚至可不使用填料金属；（3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑；（5）激光束易于聚焦、对准，受光学仪器导引，可放置在工件外适当的距离，进行远距离焊接，甚至可在工件周围的设备或障碍间导引。

3 影响激光焊接的参数

3.1 激光功率密度

功率密度是激光焊接中最关键的工艺参数之一。随着聚焦透镜焦长的变化，功率会随着改变。对于较高的功率密度，表层经过书微秒即可加热至沸点，产生大量金属汽化气体。因此，高功率密度对于打孔、切割、雕刻等材料去除有利。采用较低功率密度，需要经过数毫秒，材料表层温度才能达到沸点，在表层汽化之前，底层已达到熔点，容易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围104~106W/cm2内。

3.2 激光脉冲波形

激光脉冲波形既是区别是材料去除还是材料熔化的重要参数，也是决定加工设备体积及造价的关键参数。当高强度激光束射至材料表面，材料表面将会有60~98%的激光能量被反射损失掉，且反射率随着表面温度的变化而变化。在一个激光脉冲作用周期内，被加工金属的反射率的变化也很大。

3.3 激光脉冲宽度

激光脉冲宽度是激光焊接中的一个重要问题，尤其对于那些薄片材料焊接时，显得更为重要。激光脉冲宽度由熔深与热影响分区决定，激光脉冲宽度越长，热影响分区就越大，熔深随着激光脉冲宽度的1/2次方增大。但激光脉冲宽度的增大会降低其峰值功率，较低的峰值功率又会导致多余的热输入。

3.4 离焦量、焦斑

离焦量为工件材料表面离聚焦光束最小斑点的距离，将会影响激光功率密度以及焊接质量。因为聚焦光束最小斑点的中心功率密度很高，容易使材料蒸发成孔，所以激光焊接通常需要选取一定的离焦量。聚焦光束最小斑点外的各平面上，功率密度的分布相对均匀。通常长焦距的能量密度低，光斑大，能量密度足够情况下，可用于对接头定位精度不高的焊接；短焦距的能量密度较高，光斑小，要求工件配合间隙要小。

4 激光焊接的应用

4.1 在制造业的应用

激光拼焊是将几块不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材用激光把边部对焊，焊接成一块整体板，以满足零部件对材料性能的不同要求。从20世纪80年代中期开始，激光拼焊作为新技术在欧洲、美国、日本得到了广泛的关注。激光拼焊工艺主要是为汽车行业进行配套服务，尤其在车身零部件生产、制造和设计方面，激光拼焊的使用有着巨大的优势。激光拼焊技术在国外轿车制造中得到广泛的应用。

4.2 粉末冶金领域

随着科学技术的不断发展，以及工业技术对材料特殊的要求，冶铸材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料所具有的特殊性能和制造优点，在汽车、飞机、工具刃具制造业等领域中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的飞速发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。

4.3 电子工业

激光焊接在电子工业中，尤其是微电子工业中得到了广泛应用。鉴于激光焊接热影响区小，加热迅速集中，热应力低，在集成电路、半导体器件壳体的封装中，显示出了其独特的优越性。在真空器件研制过程中，激光焊接也得到了应用。

5 激光焊接的发展趋势

5.1 新型激光器的研发

目前的激光焊接所使用的激光器主要为大功率CO₂激光器和YAG激光器。激光器的发展仍然集中于激光设备的开发研制上，如提高电源的稳定性和寿命，对于于CO₂激光器要解决放电稳定性的问题，对于YAG激光器要研制开发大容量、长寿命的光泵激励光源等。

5.2 焊接工程的有效控制

在激光加工的光束质量及装置研究方面，应着重放在研究各种激光加工工艺对激光光束的质量要求，以及激光光束和加工质量监控技术上。光学系统及加工头的设计和研制，开展焊接工艺及材料、焊接工艺对设备要求及焊接过程参数监测和控制技术的研究，对掌握普通钢材、有色金属及特殊钢材的焊接工艺具有重要的影响，准确地选择控制参数，可改善激光焊接工程的稳定性，提高激光焊接的焊缝质量，并将离子效应、匙孔效应等各种焊接效应控制在理想的范围内。

结束语：

本文对激光焊接的原理、特点，激光焊接过程中工艺参数，主要应用领域进行了讨论，并在最后提出了激光焊接技术发展的趋势。激光焊接技术凭借其高能量密度、高精度、深穿透、强适应性等特点，被广泛应用在制造业、冶金业等领域，不仅提高了生产效率，也显著提高了焊接质量。在21世纪，激光焊接技术必将在材料连接领域发挥至关重要的作用。

参考文献

[1]鹫尾邦彦.Laser material processing applications in electonic and eletric industries[J].溶接学会论文集，2001，(19)：176-191.

激光焊接技术篇3

关键词：激光焊接　工艺　质量

激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104～107W／cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。这种焊接工艺在未来工业事业中将会得到广泛的应用与研究。

一、激光焊接的一般特点

激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：(1)激光束的激光焦点光斑小。功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；(2)激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；(3)激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；(4)激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；(5)激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；(6)激光束易于导向、聚焦。实现各方向变换；(7)激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便，(8)激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。

二、激光焊接工艺与方法

1、双／多光束焊接

双／多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来。随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生几率。

2、激光－电弧复合焊

激光－电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光－电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方法。其特点在于：

可降低工件装配要求，间隙适应性好。

有利于减小气孔倾向。

可以实现在较低激光功率下获得更大的熔深和焊接速度，有利于降低成本。

电弧对等离子体有稀释作用，可减小对激光的屏蔽效应，同时激光对电弧有引导和聚焦作用，使焊接过程稳定性提高。

利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料或异种材料有重要意义。

激光与电弧复合焊的方法包括两种，即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光一电弧复合焊方法实现较为简单，但最大缺点是热源为非对称性，焊接质量受焊接方向影响很大，难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源，大大提高焊接过程稳定性，并可方便地实现二维和三维焊接。

三、激光焊接过程监测与质量控制

激光焊接过程监测与质量控制一直是激光焊接领域研究和发展的一个重要内容，利用电感、电容、声波、光电、视觉等各种传感器，通过人工智能和计算机处理方法，针对不同的激光焊接过程和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝成形质量监测等，并通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现高质量的自动化激光焊接过程。

(1)激光焊接过程监测

利用各种传感器对激光焊接过程中产生的等离子体进行检测是常用和有效的方法，如图1所示。根据检测信号的不同，激光焊接质量检测主要包括以下几种方式：

①光信号检测。检测对象为激光焊接过程中的等离子体(包括工件上方和小孔内部)光辐射和熔池光辐射等。从检测装置的安装来看，主要包括与激光束同轴的直视检测、侧面检测和背面检测。使用的传感器主要有光电二极管、光电池、CCD和高速摄像机，以及光谱分析仪等。

②声音信号检测。检测对象主要为焊接过程中等离子体的声振荡和声发射。

③等离子体电荷信号。检测对象为焊接喷嘴和工件表面等离子体的电荷。

利用光电传感器检测激光焊接过程中等离子体光辐射强度的变化是激光焊接过程监测与控制的重要方法之一。国内外研究工作表明。利用光电传感器可以自动检测出焊接过程中因激光功率、焊接速度，焦点位置、喷嘴至工件表面距离、对接间隙等工艺条件的波动引起的焊缝熔深和成形质量的变化，不仅可以诊断出诸如咬边、烧穿、驼峰等焊缝成形缺陷，而且在一定工艺条件下还可以检测焊缝内部质量，例如，气孔倾向的严重程度。

(2)激光焊接过程控制

激光焊接技术篇4

Abstract: Laser welding technology of laser materials rocessing is one imortant asect, its high-intensity laser beam radiation to the metal surface, by laser interaction with metal, so that the formation of weld metal melting. Because of its unique advantages, laser welding technology in machinery, automobile, steel, medical and other industrial deartments have been increasingly widely used. This article describes the main advantages of laser welding and limitations, the choice of arameters, the welding characteristics of common engineering materials, alication etc.

关键词:激光焊接技术焊接特性应用

Keywords: Shock weldingWelding characteristicsAlication1

一、引言

激光焊接技术是激光器在材料加工方面的一个重要应用。高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。

二、激光焊接的主要优点与局限性

因为激光焊接具有其独特的优点:(1)激光功率密度高,可以对高熔点、难熔金属或两种材料进行焊接;(2)聚焦光斑小,加热速度快,作用时间短,热影响区小,热变形可忽略;(3)激光焊接属于非接触焊接,无机械应力和机械变形;(4)激光焊接装置易于与计算机联机,能精确定位,实现自动焊接,而且激光可通过玻璃在真空中焊接;(5)激光焊接可在大气中进行,无环境污染;等

3 工艺参数的选择激光焊接参数是决定焊接能力的重要因素,对焊接质量也有影响,激光焊接加工条件参数主要有功率密度、脉冲波形、脉冲宽度、离焦量、焊接速度、保护气体等。功率密度是激光加工中最关键的参数之一,采用较高的功率密度(即工件上功率密度>106 W/cm2)。随着熔化层加厚,热阻增加,熔化区温度继续上升。当金属表面温度达到沸点时,发射率又一次迅速下降,铜为19%,钢为14%。根据铜和钢在室温、熔点、沸点时的绝对反射率,若需保证金属表面维持在熔、沸点间传递能量,根据热传导方程则可求出不同时刻焊接以上两种材料所需激光功率密度的相对值。

四、激光焊接特性

4.1 碳钢与普通合金钢

碳钢激光焊接效果良好,其焊接质量取决于杂质含量,低碳沸腾钢由于硫、磷的含量高,并不适合激光焊接。低碳镇静钢由于低的杂质含量,焊接效果就很好。中、高碳钢和普通合金钢都可以进行良好的激光焊接,但需要预热和焊后处理,以消除应力,避免裂纹形成。碳当量小于0.30%,预热温度视情况而定;0.30%-0.60%, 预热温度200-500。C ;超过0.60% ,预热温度400-800。C 。

4.2 不锈钢的激光焊接

一般的情况下,不锈钢激光焊接比常规焊接更易于获得优质接头。由于高的焊接速度热影响区很小,敏化不成为重要问题。与碳钢相比,不锈钢低的热导系数更易于获得深熔窄焊缝。在工业生产中,不锈钢的激光焊接取得了大量的成功应用。

4.3铜、铝及其合金

铝合金的激光焊接需要相对较高的能量密度。这有两方面的原因:一是铝合金的反射较高;二是铝合金的导热系数很高。LY16、L1-L6和LF21系列的铝合金能够成功的实现激光焊接,且不需要填充金属。但是,许多其他铝合金中含有易挥发的元素,如硅、镁等,因此无论采取哪一种激光自动焊接方法(不填充金属),焊缝中都有很多气孔。而激光焊接纯铝时不存在以上问题。

4.4 钛及其合金

钛和钛合金很适合激光焊接,可获得高质量、塑性好的焊接接头。但是钛对氧化很敏感,对由氧气、氢气、氮气和碳原子引起的间隙脆化很敏感,所以要特别注意接头的清洁和气体保护问题。

五、激光焊接的应用

钢材行业应用

CO2激光焊在钢铁行业中主要用于以下几个方面。

1. 硅钢板上的焊接:生产中半成品硅钢板,一般厚为0.2～0.7mm,幅宽为50～5000mm,常用的焊接方法是TIG焊,但焊后接头脆性大,用1kW CO2激光焊焊接这类硅钢板,最大焊接速度可达10m/min,焊后接头的性能得到了很大的改善。

2.冷轧低碳钢的焊接:板厚为0.4～2.3mm,宽为508～1270mm的低碳钢板,用1.5kW CO2激光器焊接,最大焊接速度为10m/min,投资成本仅为闪光对焊的2/3。

3. 酸洗线用CO2激光焊接机:酸洗线上板材最大厚度为6mm,最大板宽为1880mm,材料种类多,从低碳钢到高碳钢、硅钢、低合金钢等,一般采用闪光对焊。焊高碳钢时不稳定的闪光及硬化,造成接头性能不良。用激光焊可以焊最大厚度为6mm的各种钢板,接头塑性、韧性比闪光对焊有较大改进,可顺利通过焊后的酸洗、轧制和热处理工艺而不断裂。

4.钢管的激光焊接:当采用激光焊接技术焊接钢管时,金属的熔化深度和几何形状与所焊金属的热物理性能、激光辐射的吸收及反射能的数量、激光束的总功率及单位功率、焊接速度、气体保护方法和保护气体的成分都有关系。焊缝区的气体保护可采用3种送气方式:①与激光束轴心线呈一定夹角;②平行于焊接件表面;③与激光束同轴。方式②可使所焊金属的熔化状态更为稳定;方式①可使金属达到最大的熔化深度,但却不能保证金属熔化的稳定性;方式③适用于焊接厚度小于3mm的金属。另外激光焊接在汽车工业、电子工业、生物医学等其他领域也有相当广泛的应用!

参考文献:

[1]Koechner W.固体激光工程[M].北京科学出版社,2002

激光焊接技术篇5

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

激光焊接技术篇6

【关键词】焊接技术；汽车制造；应用现状

随着人们生活水平的不断提高，汽车已经逐渐成为人们的主要代步工具，近年来，我国汽车的总产量已经位居世界榜首，在汽车生产与消费方面我国已经上升为全球第四。焊接技术作为现代汽车制造中的重要工艺方法，广泛应用在汽车的车身、车架、车厢、车桥、变速器、发动机中。

一、焊接技术在汽车制造中的应用现状

焊接技术在汽车制造业中应用广泛，根据电弧焊、切割焊、压力焊、钎焊等在焊接工程中的连接原理，焊接工程工艺可以分为电阻焊、电弧焊、特种焊、钎焊和氧乙炔焊五个类型。电阻焊在汽车制造中的应用方式主要有点焊、凸焊、缝焊、多点焊，应用在车身总成、车门、发动机盖、减震器阀杆、地板、邮箱、行李箱盖、消声器、车侧围、前桥、零部件等诸多焊接方面。电弧焊主要有氩弧焊、埋弧焊、CO2保护焊、焊条电弧焊，应用于铝合金零部件、机油盘、车厢、厚板零部件、半桥套管、传动轴、千斤顶、后桥、横梁、后桥壳管等的焊接。特种焊主要是指摩擦焊、激光焊和电子束焊，这些焊接技术在汽车制造中主要应用于齿轮、车身底板、汽车阀杆、转向杆、后桥等的焊接。钎焊主要用于铜件、钢件、散热器以及硬质合金的焊接；氧乙炔焊则主要用在车身的补焊。目前，在汽车制造中点焊、钎焊、CO2保护焊的应用广泛。随着汽车制造业的不断发展，焊接技术在制造精度上的要求越来越高，以满足人们对汽车的质量需求。

二、焊接技术的发展

（1）点焊工艺的发展。目前在汽车制造业中广泛应用的一种新型复合材料——NdFeB永磁体，虽然这种材料具有很强的环保性能，但是这种磁体却特别容易破碎，而SPCC钢恰恰可以弥补该磁体的缺点，两种材料的激光点焊过程中选用的激光点焊设备为YAG激光器，脉冲用Unitek Miyachi LW50A型脉冲，最高功率在5千瓦以内，脉冲能量最大为50J，在激光器的激光照射下将装夹进行固定搭接。连接结束后，停止激光照射，对焊接接头利用浓度为4%的硝酸酒精进行处理，还有必要的打磨和抛光，之后利用电镜扫描仪对接头外观进行高效测量观察，确保接头硬度合理。镁合金薄板点焊采用的材料具有强劲的电导性和良好的传热性能。较一般点焊工艺，点焊面积大，直径大，接头容易贯穿工件，但是也有一些不足，比如面积较大的空洞。（2）焊接机器人自动化柔性生产系统的应用。汽车焊接的正向自动化柔性生产系统发展，其中的工业机器人较传统工艺更灵活，自动化程度更大一些，适合大规模的应用于汽车制造中，而同时汽车制造工艺的小批量、柔性化和多品种的特点，可以反作用于焊接机器人，促进其发展。在汽车制造中，用到的焊接设备主要有弧焊机器人和六自由度点焊机器人。这些机器人能够从自身存储库中自动抓换焊钳来适应焊装部位和焊装产品的各种要求。传输装置已经广泛应用感应导向小车，这种小车不需要人员驾驶，柔性化更强。因此，在汽车制造中等待我们进一步扩大焊接机器人的应用，这就要求我们在焊缝检测技术、焊缝跟踪技术和远程编程技术方面进一步突破，得到新的进展。（3）计算机、自动控制等先进技术的广泛应用。随着现代信息技术的飞速发展，计算机、信息技术和自动化控制技术也广泛应用到汽车制造中多个环节。现阶段，自动化控制技术已经成为提高焊接设备性能的关键因素，随着自动控制技术在数字化焊机、焊接专机、焊接机器人和焊接电源中的广泛应用更加确定了自动化控制技术的关键地位。计算机、信息技术的广泛应用，将从根本上转换焊接生产制造方式，主要应用在焊接过程的策划和各种工艺参数的优化，以及焊接的应力预测、变形预测和焊缝评估。（4）激光焊接技术的发展。激光焊接技术最大的特点是无磨损，焊接效率高，噪音小，残余应力低和环保性能高，所以其在汽车制造过程中有待全面应用和进一步的创新研究。

综上所述，我们可以了解到国内汽车制造行业的焊接技术的发展现状，世界先进技术和设备的应用与国外相比还存在一定差距。在今后的汽车制造业的发展上，要求汽车制造企业根据中国国情，结合自身企业的实际情况，积极主动的寻找适合的焊接新技术，总结经验，促进焊接技术的发展，最终达到促进企业持续发展的目标。积极主动的寻求适合的合作单位，如高校或者科研院所，开展焊接新技术、新设备的研发，或者是焊接方法的改进，国外新焊接技术的分析。一定要根据实际情况，保持自动化焊接技术的应用程度，找到与人工焊接的平衡点，从而提高产品的质量水平，提升企业的能力。相信，通过焊接新技术、新设备、新材料和新工艺，以及自动化控制、计算机、信息技术在汽车制造业中的广泛应用，一定能推动我国汽车制造业有效、全面的发展。

参考文献

激光焊接技术篇7

高能束流加工技术是21世纪最重要的先进制造技术之一，具有非接触、能量精确可控、材料适应性广、柔性强、质量优、资源节约、环境友好等综合优势，既可用于大批量高效自动化生产，又适用于多品种、小批量加工，甚至个性化产品的订制，因此成为传统制造业改造升级不可或缺的重要技术。高能束流加工技术在工业中所占的比重已成为衡量一个国家工业制造水平高低的重要指标之一，是研制生产高、精、尖武器装备的关键技术，对保障国家安全具有重要意义。经过多年的发展，高能束流加工技术已经发展为焊接、切割、制孔、快速成形、刻蚀、微纳加工、表面改性、喷涂及气相沉积等多种门类，在航空、航天、船舶、兵器、核能、交通、医疗等诸多领域发挥着重要的作用。

本文以为高能束流加工技术在航空领域发展为背景，重点介绍了高能束焊接、高能束快速成形和高能束表面工程技术当前的技术现状及重点应用，同时，针对新型飞机及发动机技术新需求，阐述高能束在航空制造中的发展趋势。

高能束流焊接技术应用及发展趋势

高能束焊接在提高材料利用率、减轻钛合金结构重量、降低成本方面独具优势，这使得以高能束流为热源的先进焊接技术——电子束焊接、激光焊接、激光复合热源焊接技术成为航空整体结构连接制造的发展趋势，应用范围也逐渐扩大。国际先进航空制造公司空客、波音、洛克希德·马丁、Eclipse 等在军民机制造中，都相继采用电子束焊接、激光焊接技术作为飞机结构的连接方法。

电子束焊接是制造飞机主、次承力结构件和机翼骨架的必选技术，也是衡量飞机制造水平的一把标尺，如美国F-14战机钛合金中央翼盒、F-22战机后机身钛合金梁、机翼梁、A380的发动机钛合金托架均为电子束焊接。此外，电子束焊接也是航空发动机制造的关键技术之一，如：发动机机匣、压气机整体叶盘、涡轮、燃烧室等部件的焊接。而激光焊接则是实现大尺寸、薄壁机身结构件焊接的优选方案，具有焊接效率高、变形小、接头质量高等优点。如空中客车公司在A380机身壁板上的首次成功应用激光焊接技术，与铆接结构相比，其减重约18%，降低成本约21.4%～24.3%。另外，激光焊接在发动机部件焊接与修复上也有重要应用，激光焊接修复技术利于近净成形，减少裂纹产生，已应用的有航空发动机涡轮叶片、导向叶片和气路封严系统的零部件，如：欧盟第六框架研究项目AROSATEC就开展了压气机定子与叶栅、高压和低压叶片出口与盖板连接，以及涡轮机匣的激光焊接技术研究。美国通用电气公司成功地完成了喷气发动机的导流板和导向叶片的激光焊接组装，有效地解决了镍基合金小型零件激光焊接变形与裂纹等问题。美国霍尼韦尔公司修复的叶片已累计飞行2千万个飞行小时。美国伍德集团公司利用激光粉末合金熔焊技术可以修理过去认为不可修的单晶和DS合金零部件。

随着高能束焊接技术发展，新束源研发方面不断进步，在航空结构制造上发挥的作用也越来越大，如在电子束焊接方面，注重大功率、高可靠性的电子束枪的研制，目前国外电子束焊接设备功率一般大于60kW，最高可达到200kW，加速电压在150kV以上，同时利用先进的高压逆变电源技术提高了高压性能、设备稳定性，降低了噪声；在激光焊接方面，目前，CO2激光和YAG（注）激光这两类激光器的功率增大已达到极限，难以实现大型结构中厚板焊接。以盘式激光和光纤激光为代表的高亮度大功率激光技术，尤其是光纤激光，束流品质高，其功率也已超过50kW，且还有提高潜力，可实现薄板高效焊接，20mm以上厚板的高质量焊接，和现场移动焊接，因此，光纤激光焊接大有替代CO2激光和YAG激光之势。

高能束流快速成形技术应用及发展趋势

高能束流快速制造技术是基于离散/堆积原理的增材成型技术，由零件的3D模型可直接制造出任意复杂形状的金属零件，能够大大减少制造工序、缩短生产周期，节省材料、降低成本等特点。自上世纪90年代中期以来，该技术已发展为多种门类，如激光选区熔化（SLM）、电子束熔化制造（EBM）、激光近净形制造（LENS）、金属直接沉积（DMD）、形状沉积制造（SDM）以及电子束自由成形(EBFFF)等。采用的热源主要为激光、电子束和电弧等束源，该技术根据材料在沉积时的不同状态可以分为：熔覆沉积技术，材料在沉积反应时才送入沉积位置，由高能束在沉积区域产生熔池并高速移动，熔化后沉积下来；选区沉积技术，材料在沉积反应前已位于沉积位置上，再用高能束逐点逐行烧结或熔化。

熔覆沉积快速成形技术

同轴送粉激光快速成形技术，可制备叠层材料、功能复合材料、裁缝式地制成"变成分"的材料或零件和修复钛合金叶片、整体叶盘等构件，且其力学性能达到锻件的水平。其相关成果已应用在武装直升机、波音787客机、F/A-18E/F及F-22战机上，如：AeroMet公司利用Lasform技术制造了F-22战机的TC4钛合金接头，满足疲劳寿命2倍要求；F/A-18E/F的翼根吊环，满足疲劳寿命4倍要求且静力加载到225％仍未破坏。

金属丝材高能束熔融沉积技术是在高能束送丝焊接基础上发展起来的，其中熔化丝材的电子束自由成型快速制造技术，由于在真空环境工作，其冶金质量高，特别是钛合金等材料的快速制造，其发展速度非常快。1995年，美国麻省理工学院首次试制了In718合金涡。目前，已可以制造出形状比较复杂的零件，最大沉积速率3500cm3/h，性能达到锻件水平，另外，西雅基公司利用该项技术制造了F-22上的钛合金AMAD支座、吊耳和万向结以及直升飞机的螺旋桨支架等。

激光焊接技术篇8

关键词：焊接技术；激光焊接；工作原理；工艺参数。

1. 引言

目前常用的焊接工艺有电弧焊、电阻焊、钎焊、电子束焊等。电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法，它包括手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。但上述各种焊接方法都有各自的缺点，比如空间限制，对于精细器件不易操作等，而激光焊接不但不具有上述缺点，而且能进行精确的能量控制，可以实现精密微型器件的焊接。并且它能应用于很多金属，特别是能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。

激光指在能量相应与两个能级能量差的光子作用下，诱导高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。激光具有方向性好、相干性好、单色性好、光脉冲窄等优点。激光焊接是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接，这种焊接通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊接从上世纪60年代激光器诞生不久就开始了研究，从开始的薄小零器件的焊接到目前大功率激光焊接在工业生产中的大量的应用，经历了近半个世纪的发展。由于激光焊接具有能量密度高、变形小、热影响区窄、焊接速度高、易实现自动控制、无后续加工的优点，近年来正成为金属材料加工与制造的重要手段，越来越广泛地应用在汽车、航空航天、造船等领域。虽然与传统的焊接方法相比，激光焊接尚存在设备昂贵、一次性投资大、技术要求高的问题，但激光焊接生产效率高和易实现自动控制的特点使其非常适于大规模生产线。

2. 激光焊接原理

2.1激光产生的基本原理和方法

光与物质的相互作用，实质上是组成物质的微观粒子吸收或辐射光子。微观粒子都具有一套特定的能级，任一时刻粒子只能处在与某一能级相对应的状态，物质与光子相互作用时，粒子从一个能级跃迁到另一个能级，并相应地吸收或辐射光子。光子的能量值为此两能级的能量差E，频率为ν=E/h。爱因斯坦认为光和原子的相互作用过程包含原子的自发辐射跃迁、受激辐射跃迁和受激吸收跃迁三种过程。我们考虑原子的两个能级E1和E2，处于两个能级的原子数密度分别为N1和N2。构成黑体物质原子中的辐射场能量密度为ρ，并有E2 -E1=hν。

2.1.自发辐射

处于激发态的原子如果存在可以接纳粒子的较低能级，即使没有外界作用，粒子也有一定的概率自发地从高能级激发态（E2）向低能级基态（E1）跃迁，同时辐射出能量为（E2-E1）的光子，光子频率 ν=（E2-E1）/h。这种辐射过程称为自发辐射。自发辐射发出的光，不具有相位、偏振态上的一致，是非相干光。

2.2.受激辐射

除自发辐射外，处于高能级E2上的粒子还可以另一方式跃迁到较低能级。当频率为 ν=（E2-E1）/h的光子入射时，也会引发粒子以一定的概率，迅速地从能级E2跃迁到能级E1，同时辐射一个与外来光子频率、相位、偏振态以及传播方向都相同的光子，这个过程称为受激辐射。

2.3.受激吸收

受激辐射的反过程就是受激吸收。处于低能级E1的一个原子，在频率为 的辐射场作用下吸收一个能量为hν的光子，并跃迁至高能级E2，这种过程称为受激吸收。自发辐射是不相干的，受激辐射是相干的。

由受激辐射和自发辐射的相干性可知，相干辐射的光子简并度很大。普通光源在红外和可见光波段实际上是非相干光源。如果能够创造这样一种情况：使得腔内某一特定模式的ρ很大，而其他所有模式的都很小，就能够在这一特定模式内形成很高的光子简并度，使相干的受激辐射光子集中在某一特定模式内，而不是平均分配在所有模式中。激光器就是采用各种技术措施减少腔内光场的模式数、使介质的受激辐射恒大于受激吸收来提高光子简并度，从而达到产生激光的目的。

产生激光的基本条件：一是能在外界激励能源的作用下形成粒子数密度反转分布状态的增益介质；二是要使受激发射光强超过受激吸收，必须实现粒子数反转N2/G2- N1/G1>0；三是要使受激发射光强超过自发发射，必须提高光子简并度。

2.2.激光焊接原理

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105 W/cm2为热传导焊接，此时熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107 W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深宽比大的特点[1]。其中热传导型激光焊接原理为：激光辐射加热待加工表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、功率和频率等参数使工件熔化形成特定的熔池。

激光深熔焊接一般采用连续激光光束完成材料的连接，其冶金物理过程与电子束焊接极为相似，能量转换机制是通过小孔完成。在高功率密度激光的照射下，材料蒸发形成小孔，这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体，几乎吸收全部的入射光能量，热量从这个高温孔腔外壁传递出来，使包围着这个孔腔四周的金属熔化。在光束照射下的壁体材料连续蒸发产生高温蒸汽，孔壁外液体流动形成的壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持动态平衡。光束不断进入小孔，小孔始终处于流动的稳定状态，围着孔壁的熔融金属随着前导光束前进而向前移动，熔融金属填充小孔移开后留下的空隙并随之冷凝，焊缝于是形成。

3.激光焊接的优缺点

激光焊接具有很多优点。激光焊接可以将热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，而且因热传导所导致的变形也很低；不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑；激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当的距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥作用；工件可放置在封闭的空间内，激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型或间隔相近的部件。另外激光焊接可焊材质的种类范围很大，可以相互接合各种异质材料，并且易于以自动化进行高速焊接，也可以数位或电脑控制；用激光焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接容易有回熔的困扰，而且激光焊接不受磁场所影响，能精确地对准焊件。

激光焊接也有一些缺点，主要表现在以下几个方面。一是焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内；二是焊件需使用夹具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准；三是最大可焊厚度受到限制，渗透厚度远超过19mm的工件在生产线上不适合使用激光焊接。四是当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。最后，能量转换效率太低，通常小于10%；焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑，并且设备昂贵。

4.激光焊接的工艺参数

一般而言，激光焊接的工艺参数有功率密度、激光脉冲波形、激光脉冲宽度、离焦量、焊接速度和保护气体等，图1是激光焊接的主要工艺参数图。

4.1. 功率密度：功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。因此，高功率密度对于材料去除加工如打孔、切割、雕刻十分有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。

4.2.激光脉冲波形：当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60～98%的激光能量反射而损失掉，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。一个激光脉冲讯号过程中，金属的反射率随时间而变化。当材料表面温度升高到熔点时，反射率会迅速下降，当表面处于熔化状态时，反射稳定于某一值。

4.3.激光脉冲宽度：脉宽是脉冲激光焊接的重要参数，。脉宽由熔深与热影响分区确定，脉宽越长热影响区越大，熔深随脉宽的1/2 次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率，因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式，形成的焊缝尺寸宽而浅，尤其适合薄板和厚板的搭接焊。但是，较低的峰值功率会导致多余的热输入，每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度[2]。

4.4.离焦量：激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上的功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状有一定差异。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。

4. 5.焊接速度：焊接速度对熔深有较大的影响，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。因此，对一定激光功率和一定厚度的特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。

3.6.保护气体：激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护。保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射，在高功率激光焊接时，喷出物非常有力，此时保护透镜则更为必要。保护气体的第三个作用是可以有效驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。金属蒸气吸收激光束电离成等等离子体，如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上会被等离子体消耗掉。

5.激光焊接的应用

随着大功率激光器的出现，激光焊接在机械、造船、汽车、航空航天等领域获得日益广泛的应用。激光焊接早已应用在汽车制造业，随着车身防腐蚀和降低车重的要求，铝材料已经广泛应用在发动机、轮圈、仪表板等零部件上。激光焊接在航空制造业的应用也已经非常广泛，飞机机身由众多零部件组成，需要铆钉连接，铆钉技术已经发展到了极限，很难再有所突破，激光焊接成为一种理想的替代技术，采用激光焊接技术还可以使机身的重量减轻15%。近年来，双光束激光焊接正成为激光焊接领域的热门技术，研究发现，采用双光束激光焊接能降低熔池的冷却速率，对含碳量较高的钢材能显著提高焊缝质量，同时，双光束激光焊接的表面熔化蒸气团更为稳定，有利于形成稳定的焊缝质量，减少气孔等缺陷。

在汽车工业中， 板材拼焊能生产出面积更大的钢板， 而将不同材料和厚度的钢板连接在一起，又可减轻车体重量，减少废料，从而节约原材料。因而拼焊成形已成为汽车制造的重要工艺[3]。激光拼焊具有其他拼焊技术没有的一些优点，比如焊接性能高、压制性能好、喷涂能力好、拼板平整度好。另外激光焊接还可以应用在造船业中，由于激光焊接具有速度快、熔深大的特点，在造船业中可以大大提高生产率，而且可以单道焊接或减少焊道数。并且船坞焊接工作量大大减少，使船舶的精度制造成为可能。

6.总结

激光焊接具有焊缝深窄、深宽比高、焊接速度快、热输入低、焊缝热影响区窄、焊接变形小、焊缝质量好等优点；采用激光复合焊还可降低间隙要求，可用于各类工业制造。激光焊接不仅工艺简单，而且易于实现计算机控制。由于激光焊接技术的众多优点，预计激光焊接技术将逐步得到广泛应用。

参考文献：

[1] 许国良. L F4 ， L F11 ，L F21 ， L Y12 铝合金激光焊接研究. 应用激光，1999 （10）.

激光焊接技术篇9

【关键词】制造技术；焊接；自动化；机器人

一、工艺对焊接机器人的基本要求

焊接机器人是典型的工业机器人。在实际焊接中，弧焊机器人仰面要高精度的移动焊枪沿着焊缝运动并保证焊枪的姿态，另一方面在运动中不断协调焊接参数。焊接工艺对焊接机器人的基本要求可归纳如下：（1）具有高度灵活的运动系统。能保证焊枪实现各种空间轨迹的运动，并能在运动中不断调整焊枪的空间姿态，因此，运动系统最少需要具有5～6个自由度。（2）具有高精度的控制系统。其定位精确，对点焊机器人应该达到±1mm，对弧焊机器人应该至少达到±0.5mm，其中参数控制精度应该达到1%。（3）其示教记忆的容量至少能保证机器人能够连续工作1小时。对点焊机器人应该至少储存200～1000个位置点，对弧焊机器人应至少储存5000～10000个点位。（4）可设置和再现与运动相联系的焊接参数，并能和焊接辅助设备交换到位信息。

二、焊接机器人的速度雅克比与速度分析

（1）焊接机器人可以简单地理解为焊接用机械手，和一般工业机器人相似。对于n自由度的机器人的情况，关节变量可以把广义关节变量q表示为[q1 q2…qn]T。当关节为转换关节时qi=θi，当关节位移动关节时qi=di，dq=[dq1 dq2…dqn]T，反映了关节的微小运动。机器人末端在操作空间的位置和方式可用末端手抓的位置X来表示，它是关节变量的函数X=X（q）。函数X是一个6维列向量dX=[q1 q2…qn]T[dx，dy，dz，δφy，δφz]T，反映了操作空间的微小运动。它由机器人末端微小线位移和微小角位移组成的，可表示为：dx=J（q）dq。式子中，J是6*n的偏导数矩阵，成为n自由度机器人速度雅克比矩阵。它的第i行第j列的元素为：J■=■（i=1，2，3，4，5，6；j=1，2，3…n）。（2）焊接机器人的速度分析。对dx=J（q）dq左右两边各除以dt：■=J（q）■，或者V=J（q）■。V代表机器人末端在操作空间中的广义速度，■代表机器人关节在关节空间中的关节速度。所以：■=J-1V。J-1称为机器人的逆速度雅克比。

三、激光/电弧复合焊接技术

激光/电弧复合焊接技术是激光焊接与气体保护焊的联合，两种焊接热源同时作用于一个焊接熔池。随着激光器和电弧焊设备性能的提高，以及激光器价格的不断降低，同时为了满足生产的迫切需求，激光/电弧复合焊接技术近年来成为焊接领域最重要的研究课题之一。激光/电弧复合焊接技术之所以受到青睐是由于其兼各热源之长而补各自之短，具有1+1>2或更多的“协同效应”。与激光焊接相比，对装配间隙的要求降低，因而降低了焊前工件制备成本；另外由于有填充焊丝消除了激光焊接时存在的固有缺陷，焊缝更加致密。与电弧焊相比提高了电弧的稳定性和功率密度，提高了焊接速度和焊缝熔深，热影响区变小，降低了工件的变形，消除了起弧时的熔化不良缺陷。在这点上特别适合铝及其合金的焊接。激光/电弧复合焊接技术是对激光焊接的重大发展，焊接同样板厚的材料可降低激光功率一半左右，因此大大降低了企业的投资成本，该技术的发展对推动激光焊接的普及将起重要的作用。

国外机器人领域发展近几年有如下几个趋势：（1）工业机

器人性能不断提高（高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修），而单机价格不断下降。（2）机械结构向模块化、可重构化发展。例如关节模块中的伺服电机、减速机、检测系统三位一体化；由关节模块、连杆模块用重组方式构造机器人整机。（3）工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化、网络化；器件集成度提高；大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

参 考 文 献

激光焊接技术篇10

关键词：焊接技术；机械制造；高强度焊接；无铅焊接材料；数值模拟

中图分类号：TF124.3 文献标识码：A

焊接技术是指通过物理或者化学方法，使原本分离的器件重新产生分子间或者原子间的作用力，形成一种具有某种属性的整体结构。焊接技术是现代工业中一种重要的连接方式和一种广泛使用的机械制造生产技术，其应用领域在汽车制造、机械制造、轮船制造、粉末冶金、微电子和航空航天等都得到了广泛的应用。焊接技术的全力发展对我国的机械制造行业及其密切相关的行业都很重呀，对我国的我国由制造大国走向制造强国其在关键作用。

1焊接技术的发展过程

在进入二十一世纪以后，焊接的主要对象还是以钢铁为主，那么我们的作业对象将还是钢铁材料，但是钢铁材料现在要求也越来越高，在逐步走向高强度、高的纯净度、超细晶粒化和微合金方向发展。这样的发展就给焊接技术提出了更高的要求：第一、焊接的焊缝金属要求更加的纯净；第二、需要研发新的焊缝材料来满足新的焊接要求。

首先我们来介绍钎焊，钎焊是在电子工业用运用较多的一种焊接技术，这也是电子封装和电子焊接最适应的一种焊接方法。但是由于其中带有有害物质铅使得其对人的身体有害，所以现在国际上已经禁止钎焊来生产电子产品，那么用无铅的材料来代替原来的焊接材料是大势所趋，现代我们已经使用SnCu来代替原来的焊接材料将电子原件制造为无铅电子原件，无铅装备等等。另外随着越来越多的新的结构材料的使用，例如铝合金，钛镁合金等等的轻金属化合物的大量应用，扩散焊、钎焊和压焊等焊接技术的应用越来越广。

其次电弧熔化焊仍然是现在焊接应用最多的也是最基层的焊接技术。这都是得益于其制作产品优质，制作高效，成本较低的特点。现在以激光束、等离子束、电子束为热源的熔化焊渐渐地在焊接领域取得了一席之地，其可以大大地提高生产效率，还可以产生高强度、细晶粒的焊接接头，甚至还可以制造出不开坡口的高质量对接接头，尤其是激光-电弧复合焊在汽车制造、船舶制造等行业都的到了快速的发展

智能自动化焊接是提高焊接效率和提高焊接质量的重要方法，其利用电弧、光、机械三者结合方法对焊件的焊接过程实施控制，是在自动焊接的基础上增加智能化控制的结果。其可以直接分析焊件的焊接条件后模拟焊工进行焊接，其在起重机、核电站和航空设备方面已经有了一定的应用。焊接机器人也在汽车制造、铁路、船舶制造、航空航天等领域得到了广泛的应用。

二.焊接新材料的发展和应用

1高质量的焊接材料

传统的焊接材料都是在焊接过后焊缝的强度和韧性都远远低于母材的强度，随着制造行业的发展对制造的工件的整体力学性能越来越高，焊缝已经不能作为强度下降的突破口，那么发展新型的焊接材料是焊接新一代高质量钢铁材料必经之路，那么其焊接材料需要有焊接材料原始的纯净度一定要高；在焊接的过程中一定要利用钢铁等材料的冶金反应尽量较少焊缝和母材中的有害元素的含量；然后控制焊缝金属的组织情况，在焊接过程中就主要要生产超细晶粒来获得高强度高韧性的焊接组织。并且在这过程中合理地控制焊缝中杂质的数量及大小，更要防止焊接缺陷的产生

2无铅焊接材料

钎焊由于是电子组装过程以及其封装过程中唯一的焊接方法，但是由于其含有对人体和环境有害的物质铅使得这个焊接方法被淘汰，那么无铅焊接材料就成为替代钎焊材料的必须发展方向。这时全世界都将科研集中在无铅焊接材料的研发上，我国的科学家对无铅焊接技术也做出了重大的科研贡献，目前替代铅的材料已经研发出来并得到了广泛的推广，这就是SC钎焊材料，另外我国科研人员还发现了第四添加的钎焊材料，都得到了业界的大力推广，其不仅满足了钎焊的需求，而且使提高了钎焊的长期力学的持久性，提高了焊接接头的可靠性。目前中国的无铅钎焊材料的专利已经超过数十个。打破了原来无铅钎焊材料全进口状况。

三、焊接技术发展方向及展望

高平直的焊接材料的发展方向为提升生产装备的水平，使高质量的焊接材料可以量产，这样对焊接的发展是跨越性的发展；焊接生产与钢材生产企业联手制作出符合标准的高纯净、细晶粒的焊接焊丝，为焊接出高纯净度、高强度的焊件提供可能性；加强焊接生产和科研部门联系，使实验室出的新的焊接技术能够尽快地投入到生产中去。另外，高能激光焊接技术将会大量的出现在现代的焊接生产中，特别是在航空航天行业、船舶制造行业、航洋平台、汽车制造等出现，到目前为止，西方国家和日本等发达国家已经开始在造船行业大量使用激光焊接技术，未来使用激光焊接技术还会在激光切割方面、焊接机器人使用方面、激光-电弧复合焊接方面、研制大功率的激光焊接设备可能对焊接将会是革命性的突破[1]；焊接数值模拟是现代焊接发展的一个新的趋势，其将焊接条件按顺序变成数值参数输入大型计算机进行模拟计算，在原先知道结果的情况下去焊接所需焊接部位。

总之，我国焊接技术已经在制造业的位置非常重要，如何使焊接技术更加科学、高效、高质量地位制造业提供服务使我们积极努力研究的方向。