本站原创摘 要：论述了激光焊接的工作机理及其特点,简单分析了影响激光焊接质量的因素,并介绍了激光焊接在现代工业实际中的应用.
关 键 词：激光焊接 功率密度 熔焊 应用
中图分类号：TH11 文献标识码：A 文章编号：1007-3973(2011)004-040-01
激光焊接是利用激光束聚焦后所获得的能量高,方向性好的光束照射在工件所需的焊接部位,使光能转化为热能,从而熔化金属进行焊接的一种工艺方法.激光焊接在机械,汽车,钢铁,造船,航空航天等行业得到了日益广泛的应用,并促进了技术的发展和进步.
1 激光焊接的工作机理
20世纪60年代以来,随着CO2,YAG等激光器的诞生,他们广泛应用于焊接中,激光焊接的工作机理按激光器所提供的功率密度的大小可分为两种：其一是激光传热熔化焊,工件表面吸收射激光,然后通过热传导而形成一定体积的熔池,这类激光器的功率密度为105～106w／cm2.另一种为激光深熔焊,它是由于材料在高的功率密度下瞬间汽化而形成圆孔空腔,随着激光束和工件的相对运动似的远控附近的金属熔化,流动,封闭,凝固连接形成焊缝,这类激光器的功率密度为106～108w／cm2.
2 激光焊接的主要特性
与其他焊接方法相比,激光焊接的主要优点有：
(1)激光焊接的功率密度大,方向性强
(2)激光焊接速度快,深度大,变形小
(3)激光焊接设备简单,可直接在大气中焊接,不需要真空或惰性气体的保护,便于用于实际生产.
(4)由于激光束能利用反射面将其向任何方向弯曲或聚焦,所以适合于焊接较复杂的零件.
(5)激光焊接还可以应用于异种金属材料的焊接,甚至可以焊接玻璃钢等非金属.
但激光焊接也有一定的局限性：
(1)焊接装配精度极高,因为激光束的光斑很小,焊缝很窄,不加任何填充材料,否则极易造成焊接缺陷
(2)激光焊接设备费用很高,一次性投资很大
3 影响激光焊接质量的因素
激光焊接参数是决定焊接能力的重要因素,直接影响焊接质量,因此必须对激光焊接的工艺参数进行研究和控制,才能有效采用激光焊接技术.
主要的工艺参数有：激光输出功率,激光输出波形,激光脉冲宽度,离焦量和焦距,焊接速度,材料的吸收率,保护气体等.
激光的输出功率和焊接速度影响着焊接温度,熔池的大小和熔池的深度,显著影响着焊接的质量.脉冲宽度影响着熔深和HAZ,对焊接质量也能产生很大的影响.焊接时光束的焦距和离焦量影响着能量密度,采用短焦距可获得较高的能量密度,光斑小,但要求工件的间距要小.激光束与材料吸收的相容性对材料的吸收率影响很大,它也影响着熔池中温度升高的趋势,对焊接热循环及焊接接头的质量造成一定的影响.另外保护气体也影响着焊接的质量,激光焊接中常使用惰性气体来保护熔池,一般用氮气,氩气,氦气,但氦气成本最高,防氧化性能最好,不易形成等离子体氩气防氧化性能也好,但易电离,常用于铝钛作保护气,氮气成本最低,一般应用于不锈钢的焊接.
4 激光焊接在现代工业中的实际应用
在发达国家中,激光焊接已得到了普遍的应用,以汽车业为例,世界许多大的汽车生产商车身都采用激光焊接,车身通常是由一个大的冲压件经过激光焊将平板坯拼接而成,由于激光焊接小的体积变形,几乎没有扭曲,配合机器人的自动化操作,可得到符合条件的车身,节省劳力和成本.同时激光焊接还可以将不同厚度,不同材质,不同强度的数块板坯焊在一起,用来压制大型的覆盖件,这样可减少冲模,焊接设备和工具,提高部件的精度,改善零件的整体性.
在国内,激光焊接在对板材拼接的焊接,多联齿轮的焊接,双金属锯条的焊接等激光焊接工艺都有一定的研究.中科院长春广电研究所利用CO2激光器焊接双金属焊条,焊接功率为700K,焊速2m／min,焊后经过高温回火,得到电子束焊接的质量,使用寿命极高.上海光电研究所和华中科技大学联合应用国产大功率C02激光器进行齿轮深熔焊接,得到焊接深度4mm,深宽比为2：1的焊缝.为解决武汉钢铁公司和东风汽车公司车身激光焊接的需要,我国研制了一套激光焊接设备,解决了高功率CO2焊接设备的关键技术,对开展4～6mm激光焊接提供了重要作用.
5 结束语
虽然激光技术仅有几十年广泛发展的历史,但随着科技的进步以及焊接与激光的紧密结合,激光焊接以其高的能量密度,方向性强及变形小的优势正逐步应用于制造业,国防工业,粉末冶金领域,电子工业,生物医学等领域,相信不久的将来,激光焊接技术会得到更为广泛的应用,极大地促进工业的发展和人类的文明和进步.