信息來(lái)源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2021-04-12
東莞盈創(chuàng)激光科技有限公司，?激光是20世紀(jì)以來(lái),繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后,人類(lèi)的又一重大發(fā)明.激光指在能量相應(yīng)于兩個(gè)能級(jí)能量差的光子作用下,誘導(dǎo)在高能態(tài)的原子向低能態(tài)躍遷,并同時(shí)發(fā)射出相同能量的光子.其產(chǎn)生的基本條件包括泵浦源、激活介質(zhì)和諧振腔等.激光具有方向性好、單色性好、相干性好和光脈沖可以極窄的特點(diǎn).
激光焊接是激光加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一.激光焊接技術(shù)的發(fā)展歷經(jīng)了固體受激物質(zhì)→氣體受激物質(zhì)→固體受激物質(zhì)、脈沖激光焊接→連續(xù)激光焊接、低功率→高功率、薄板→厚件、低速→高速、低頻→高頻及低效→高效的歷史.激光焊接技術(shù)以其獨(dú)具的深寬比高,焊縫寬度小,熱影響區(qū)小、變形小,焊接速度快,焊縫質(zhì)量高,無(wú)氣孔,可精確控制,聚焦光點(diǎn)小,定位精度高,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn),在各種加工制造業(yè)中得到了高度重視.
? 1激光焊接技術(shù)
激光焊接是以高功率聚焦的激光束為熱源,熔化材料形成焊接接頭的高精度高效率焊接方法.激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束,當(dāng)高強(qiáng)度激光束照射在材料表面上時(shí),部分光能將被材料吸收而轉(zhuǎn)變成熱能,使材料熔化,從而達(dá)到焊接的目的.一般要根據(jù)金屬材料的光學(xué)性質(zhì)（如反射和吸收）和熱學(xué)性質(zhì)（如熔點(diǎn)、熱傳導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率、熔化潛熱等）來(lái)決定所使用的激光的功率密度和脈寬等,對(duì)普通金屬來(lái)說(shuō),光強(qiáng)吸收系數(shù)大約在105～109cm-1數(shù)量級(jí).如果激光的功率密度為105～109瓦/cm2,則在金屬表面的穿透深度為微米數(shù)量級(jí).為避免焊接時(shí)產(chǎn)生金屬飛濺或陷坑,要控制激光功率密度,使金屬表面溫度維持在沸點(diǎn)附近.對(duì)一般金屬,激光功率密度常取105～106瓦/cm2左右.
1.1激光焊接技術(shù)的種類(lèi)
激光焊接分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接兩大類(lèi).脈沖激光焊特別適用于對(duì)電子工業(yè)和儀表工業(yè)微形件的焊接,可以實(shí)現(xiàn)薄片（012mm以上）、薄膜（幾微米到幾十微米）、絲與絲（直徑0102）012mm）、密封縫焊和異種金屬、異種材料的焊接,如集成電路外引線(xiàn)和內(nèi)引線(xiàn)（硅片上蒸鍍有118Lm的鋁膜和50Lm厚鋁箔間）的焊接,微波器件中速調(diào)管的鉭片和鉬片的焊接,零點(diǎn)幾毫米不銹鋼、銅、鎳、鉭等金屬絲的對(duì)接、重迭、十字接、T字接,密封性微型繼電器、石英晶體器件外殼和航空儀表零件的焊接等.
連續(xù)激光焊接主要使用大功率CO2氣體激光器,適合于從薄板精密焊到50mm厚板深穿入焊的各種焊接.
1.2激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)
激光焊接技術(shù)具有的優(yōu)勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面：
（1）能量密度大且放出極其迅速,在高速加工中能避免熱損傷和焊接變形,可進(jìn)行精密零件、熱敏感性材料加工.
（2）被焊材料不易氧化,可以在大氣中焊接,不需要?dú)怏w保護(hù)或真空環(huán)境.
（3）激光可對(duì)絕緣材料直接焊接,對(duì)異種金屬材料焊接比較容易,甚至能把金屬與非金屬焊接在一起.
（4）激光焊接裝置不需要與被焊接工件接觸.激光束可用反射鏡或偏轉(zhuǎn)棱鏡將其在任何方向上彎曲或聚焦,還可用光導(dǎo)纖維將其引到難以接近的部位進(jìn)行焊接.激光還可以穿過(guò)透明材料進(jìn)行聚焦,因此可以焊接一般方法難以接近的接頭或無(wú)法安置的接焊點(diǎn),如真空管中電極的焊接.
（5）激光束不會(huì)帶來(lái)任何磨損,且能長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作.
1.3激光焊接技術(shù)不足之處
激光焊接也存在不足,包括激光器及用于激光束傳導(dǎo)和聚集的附屬系統(tǒng)成本過(guò)高,操作成本也很高,特別是需要大量昂貴保護(hù)氣體（如氦等）的應(yīng)用場(chǎng)合.激光束的緊密聚集、熱量向工件的有效傳遞以及狹小的熱影響區(qū)等優(yōu)點(diǎn),也帶來(lái)了接頭裝配的難題,很小的組裝偏差就會(huì)導(dǎo)致焊接條件較大的變化,甚至很窄的間隙（≤0.1mm）也能引起激光輻射耦合的缺陷和熱效率的降低.高反射率材料（如鋁、銅等）的激光焊接,如要減少反射,則需要仔細(xì)優(yōu)化激光輻射的條件,必要時(shí)還需采用涂層材料.同時(shí),這些金屬的熱導(dǎo)率較大,在焊接啟動(dòng)時(shí)應(yīng)使用較高的激光能量密度,這有時(shí)會(huì)導(dǎo)致激光反射回激光器,從而引起光學(xué)元件的損壞.構(gòu)件在焊接
過(guò)程中的裝配偏差也可能引起激光束具有危險(xiǎn)性的反射.
2技工焊接技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
2.1制造業(yè)應(yīng)用
激光拼焊（TailoredBlandLaserWelding）技術(shù)在國(guó)外轎車(chē)制造中得到廣泛的應(yīng)用,據(jù)統(tǒng)計(jì),2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線(xiàn)超過(guò)100條,年產(chǎn)轎車(chē)構(gòu)件拼焊坯板7000萬(wàn)件,并繼續(xù)以較高速度增長(zhǎng).國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的引進(jìn)車(chē)型Passat,Buick,Audi等也采用了一些剪裁坯板結(jié)構(gòu).日本以CO2激光焊代替了閃光對(duì)焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接,在超薄板焊接的研究,如板厚100微米以下的箔片,無(wú)法熔焊,但通過(guò)有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功,顯示了激光焊的廣闊前途.日本還在世界上首次成功開(kāi)發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修等,在國(guó)內(nèi)蘇寶蓉等還進(jìn)行了齒輪的激光焊接技術(shù).
2.2粉末冶金領(lǐng)域
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,許多工業(yè)技術(shù)上對(duì)材料特殊要求,應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿(mǎn)足需要.由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn),在某些領(lǐng)域如汽車(chē)、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料,隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展,它與其它零件的連接問(wèn)題顯得日益突出,使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制.在八十年代初期,激光焊以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域,為粉末冶金材料的應(yīng)用開(kāi)辟了新的前景,如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊的方法焊接金剛石,由于結(jié)合強(qiáng)度低,熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落,采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能.
2.3汽車(chē)工業(yè)
20世紀(jì)80年代后期,千瓦級(jí)激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn),而今激光焊接生產(chǎn)線(xiàn)已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車(chē)制造業(yè),成為汽車(chē)制造業(yè)突出的成就之一.德國(guó)奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車(chē)制造廠(chǎng)早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車(chē)頂、車(chē)身、側(cè)框等鈑金焊接,90年代美國(guó)通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車(chē)制造,盡管起步較晚,但發(fā)展很快.意大利菲亞特在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接,日本的日產(chǎn)、本田和豐田汽車(chē)公司在制造車(chē)身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝,高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車(chē)車(chē)身制造中使用得越來(lái)越多,根據(jù)美國(guó)金屬市場(chǎng)統(tǒng)計(jì),至2002年底,激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達(dá)到70000t比1998年增加3倍.根據(jù)汽車(chē)工業(yè)批量大、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn),激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展.在工藝方面美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過(guò)程中添加粉末金屬和金屬絲的研究,德國(guó)不萊梅應(yīng)用光束技術(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車(chē)身骨架方面進(jìn)行了大量的研究,認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋,提高焊接速度,解決公差問(wèn)題,開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)線(xiàn)已在奔馳公司的工廠(chǎng)投入生產(chǎn).
2.4電子工業(yè)
激光焊接在電子工業(yè)中,特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用.由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅速、熱應(yīng)力低,因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中,顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性,在真空器件研制中,激光焊接也得到了應(yīng)用,如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(huán)、快熱陰極燈絲組件等.傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm,采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決,TIG焊容易焊穿,等離子穩(wěn)定性差,影響因素多而采用激光焊接效果很好,得到廣泛的應(yīng)用.
