21 世紀是現(xiàn)代科技高速發(fā)展的時代，而激光技術作為目前時代發(fā)展中人們所最為矚目焦點之一，在各領域起著極其重要的作用。激光焊接技術將激光應用到焊接中，始于二十世紀六十年代并被快速應用到各個工業(yè)部門中，成為工業(yè)技術進步的產物，該技術在焊縫寬度、質量，焊接速度、變形、效率、焊接控制度、定位精確度等方面存在著其他熔化焊接技術無法比擬的優(yōu)勢，被廣泛應用到航空航天、汽車、船舶、生物醫(yī)療等領域中。

2、激光焊接技術

2.1 激光焊接含義

激光焊接是一種材料加工技術，利用原子受激輻射原理，使工作物質（激光材料）受激而產生一種單色性好、方向性強、強度很高的激光束，聚焦后激光束最高能量密度可達1013 W/cm2，在千分之幾秒甚至更短時間內激光被金屬吸收后再轉化成熱能，最終熔化后的金屬經冷卻結晶實現(xiàn)金屬材料的連接。

2.2 激光焊接分類

按激光器輸出能量方式不同，激光焊接可分為連續(xù)激光焊和脈沖激光焊。連續(xù)激光焊在焊接過程中形成的是連續(xù)的不間斷的焊縫形貌，而脈沖激光焊則由于輸入到焊件表面的能量是間斷不連續(xù)的，因此每個脈沖光斑作用到焊接工件表面則形成一個圓形焊點，根據(jù)其激光器參數(shù)的變化可得到不同形貌的焊縫。

按激光聚焦后光斑功率密度的不同，激光焊可分為熱導焊和深熔焊

1）激光熱導焊

激光熱導焊作用在工件表面的光斑功率密度較低，一般小于105W/cm2。激光將能量輸送到焊接工件表面，使得金屬表面加熱到熔點與沸點之間。金屬材料表面將所吸收的光能轉化為熱能使其金屬表面溫度不斷升高而熔化，再以熱傳導方式將熱能傳向金屬內部，使熔化區(qū)域逐漸擴大，冷卻后形成焊點或焊縫，這種焊接原理類似于鎢極氬弧焊（TIG），被稱為熱導焊。

熱導焊工作原理

2）激光深熔焊（小孔焊）

當作用到金屬表面的激光功率密度大于105W/cm2時，高功率的激光束作用到金屬材料表面引起局部熔化并形成“小孔”，激光束通過“小孔”深入到熔池內部，而金屬則在小孔前方熔化，熔融金屬繞過小孔流向后方，重新凝固后形成焊縫。

深熔焊工作原理

2.3激光焊接特點

隨著高功率激光器的研制和開發(fā)，激光焊接技術被廣泛應用到多個領域中，主要是因為其具有以下幾個特點：

1）深度深、速度快、變形小。

采用激光焊接進行工件連接時，被焊接工件的連接間隙幾乎沒有，同時焊接的深寬比大，焊后變形小，熱影響區(qū)小，精度高。

2）焊接裝置簡單靈活、能在室溫或特殊條件下進行焊接，對焊接環(huán)境要求不高。

3）功率密度大

激光焊接具有相當大的熔深，功率密度大，可焊接難熔材料，如鈦合金等。

3、激光焊接激光器

用于焊接的主要有CO2激光器、Nd:YAG激光器、光纖激光器以及半導體激光器。

CO2激光器是一種氣體激光器，光束為遠紅外光，波長為10.6μm，一般以連續(xù)方式工作，具有較高的輸出功率，廣泛的應用在大功率激光焊接中。當CO2激光器以10 kW以上大功率進行焊接時，若使用氬氣保護氣體，常誘發(fā)很強的等離子體，使熔深變淺。因此，CO2激光大功率焊接時，常使用不產生等離子體的氦氣作為保護氣體。

光纖激光器主要用于為了保證穩(wěn)定性對焊點要求很高的厚度較薄材料的搭焊中。采用搭焊焊接可以以較高的速度獲得熔深達到0.01in甚至高于0.01in的焊縫；200W單模式光纖激光器在高達50in/s速度下可以獲得0.004in的熔深。

Nd: YAG激光器是一種固體激光器，產生的光束主要是近紅外光，波長為1.06μm，熱導體對這種波長的光吸收率較高，可以以連續(xù)和脈沖兩種方式輸出，在關鍵部件焊接領域具有一定的競爭力。

半導體激光器具有質量小、轉換效率高、運行成本低和壽命長的特點，是未來激光器發(fā)展的重要方向之一。國內外學者已開始利用大功率半導體激光器進行鋁合金的焊接研究。由于半導體激光器波長較短，金屬對其的吸收率比CO2激光和Nd: YAG激光要高的多，因此在焊接領域有很好的應用前景。但是，半導體激光器照射到材料表面的功率密度低，在進行激光焊接時較適用于薄板焊接及電子元器件焊接等。

4、激光焊接應用領域

1）航空航天

激光焊接所具有的優(yōu)點使得激光焊接可用于飛機大蒙皮的拼接、長桁與蒙皮的連接以及機身附件（如腹鰭和翼盒）的裝配。近年來，激光焊接技術被用于取代傳統(tǒng)的鉚釘進行鋁合金飛機機身的制造，實現(xiàn)飛機機身減重近20%，強度提高近20%。德國宇航公司MBB將激光焊接用于飛機機身、機翼與內隔板和加強筋的全部連接，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鉚接工藝?？湛凸続340飛機的全部鋁合金內隔板均采用激光焊接，減輕了機身重量，降低了制造成本，隨后又將該技術推廣應用到A318、A380飛機。同時，進氣道、波紋管、輸油管道、變截面導管和異形封閉件等薄壁零件的制造中也廣泛采用激光焊接技術。

激光焊接蒙皮與長桁

2）汽車

汽車制造的規(guī)?；l(fā)展已成為一個重要趨勢，在汽車制造業(yè)中，激光拼焊技術是最成功、效益最明顯的一項連接技術。世界上著名的汽車公司都采用激光拼焊技術，應用在越來越多的汽車結構件中，例如車門內板、保險杠和中立柱，以及前縱梁、減震器支座和橫梁等重要部件。激光焊接技術的廣泛應用，使得焊接環(huán)節(jié)的工作效率大大提高，從而達到汽車制造過程中優(yōu)化效率的目的。這種焊接技術的興起在20世紀80年代，克萊斯勒公司、通用公司、福特公司等最先將激光焊接技術應用到汽車制造中，而激光焊接技術帶來的高效率、高質量、低成本，成為美國汽車制造技術在世界領先地位的保障。隨著新型鎂、鋁等材料在汽車制造中的應用，對于焊接技術的要求也越來越高，激光焊接技術不但可以減少鎂、鋁化合物的產生，延長使用壽命，滿足功能要求，同時也兼顧了美觀。

 
激光焊接汽車蒙皮及骨架

3）船舶

20世紀90年代中期，激光以重工業(yè)制造工具的身份被應用到造船領域。隨著大型艦船制造工藝變革的逐步深入（從鉚接轉變成焊接），焊接工藝、焊接方法、焊接設備也隨之發(fā)生改變，即傳統(tǒng)的氣焊、電弧焊接已逐步被激光焊接所取代，此外船舶設計與造船材料也隨著造船技術的進步而發(fā)生著重大變化。目前歐洲某些大型船廠開始大量引進激光加工技術，其中激光加工技術是指大功率激光焊接技術（功率＞10 kW）及激光切割技術，同時開發(fā)大量的大功率光纖激光工業(yè)加工設備。船舶由很多部分組成，適合進行激光焊接的部位主要是船舶甲板和艙壁。

激光焊接船舶面板

4）生物醫(yī)學

在生物組織方面，采用激光焊接技術將輸卵管與血管的成功連接起來，促使世界范圍內各種生物組織的成功焊接與技術推廣；在神經方面，激光波長、計量、膽總管等部分的成功焊接表明激光焊接技術在此方面亦發(fā)揮了較大的功效；在激光焊接縫合方面，其具有吻合速度快、愈合無異常反應等特點。

5、總結

激光焊接技術作為一種實效性較強的高精尖焊接技術，以其特有的優(yōu)勢在多個領域的發(fā)展中均取得了較為矚目的成績，隨著技術的發(fā)展與研究力度的加大相信其必能作用到更多領域的發(fā)展中，從而推動工業(yè)以及社會的不斷進步。

作者：孫茜 王曉南 陳長軍 張敏 胡增榮