激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產生的熱量進行焊接的一種高效精密的焊接方法。 & Q+ {/ Q0 W F激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一。20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優點，已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。 / \6 ]) X q* L) a激光焊接的原理 5 A4 ]( X6 V D7 W I/ C
激光焊接原理 ( v; _4 s& s: x1 z$ a
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激光焊接是利用高能量的激光脈沖對材料進行微小區域內的局部加熱，激光輻射的能量通過熱傳導向材料的內部擴散，將材料熔化后形成特定熔池。它是一種新型的焊接方式，激光焊接主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現點焊、對接焊、疊焊、密封焊等，深寬比高，焊縫寬度小，熱影響區小、變形小，焊接速度快，焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理，焊縫質量高，無氣孔，可精確控制，聚焦光點小，定位精度高，易實現自動化。$ g+ ]( V1 z/ A* Q1 m
激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2為熱傳導焊，此時熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2時，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點。 9 K6 {; k4 N+ D" x- p1、激光深熔焊 當功率密度比較大的激光束照射到材料表面時，材料吸收光能轉化為熱能，材料被加熱熔化至汽化，產生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表面時產生的反作用力下，使熔化的金屬液體向四周排擠，形成凹坑，隨著激光的繼續照射，凹坑穿人更深，當激光停止照射后，凹坑周邊的熔液回流，冷卻凝固后將兩焊件焊接在—起。 3 j2 w7 ~) U# m2 a2 v5 X* w0 \2、熱傳導焊接 當激光照射在材料表面時，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，將光能轉化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料深處傳遞，最后將兩焊件熔接在一起。 兩者區別 . [ ~: z8 p. |* r) `前者熔池則被激光束穿透成孔；后者熔池表面保持封閉。傳導焊對系統的擾動較小，因為激光束的輻射沒有穿透被焊材料，所以，在傳導焊過程中焊縫不易被氣體侵入；而深熔焊時，小孔的不斷關閉能導致氣孔。傳導焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉換，由傳導方式向小孔方式的轉變取決于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續時間。激光脈沖能量密度的時間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉變，即在相互作用過程中焊縫可以先在傳導方式下形成，然后再轉變為小孔方式。3 c$ t( }7 q5 W! M: J. z7 p! C& T' f
激光焊接的特點 " f4 C) ^8 Y7 |9 _. |1、屬于熔融焊接，以激光束為能源，沖擊在焊件接頭上。6 P _% s) q* x( B! V
2、激光束可由平面光學元件（如鏡子）導引，隨后再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。& `' L" @: Z0 j0 C$ `/ a6 R$ j
3、激光焊接屬非接觸式焊接，作業過程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用。, F" ?! ] t3 l8 L- |
4、激光焊可以與MIG焊組成激光MIG復合焊，實現大熔深焊接，同時熱輸入量比MIG焊大為減小。, p1 x+ g/ ]' H
激光焊接的好處 ' }% A) H) L& C" |/ {1、可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區金相變化范圍小，且因熱傳導所導致的變形亦最低。$ F5 P/ _: d! K% d) r
2、不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機具的耗損及變形接可降至最低。 ; r6 J( N2 _) W# G# Z9 T3、激光束易于聚焦、對準及受光學儀器所導引，可放置在離工件適當之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發揮。1 L1 i$ T- D* d
4、激光束可聚焦在很小的區域，可焊接小型且間隔相近的部件，可焊材質種類范圍大，亦可相互接合各種異質材料。3 R1 ^4 d" }; j( y: t F! ^3 ]( o$ d0 C
5、不受磁場所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對準焊件。 + C2 q. u6 b5 [* m9 N6、若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達10:1。 # k, u- F: m, i; l$ d9 B! L7、焊接薄材或細徑線材時，不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。- H' N2 f6 A/ G8 r$ q- U; M# }
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激光焊接的局限性 % w( l0 b+ {' f7 k6 U3 D" |( }- C1、受光束質量、激光功率的限制，激光束的穿透深度有限，而加工用高功率高光束質星的激光器價格昂貴，同時高功率激光束焊接時，等離子體的控制更加困難，焊接過程穩定性惡化，甚至出現屏蔽效應而使熔深下降，因此激光焊接一般應用于較薄材料的焊接。 2、激光束的直徑很小，熱作用區域較窄，對工件裝配間隙要求嚴格。且l使采用激光填絲多層焊接也難以完全克服，同時由于焊絲與光束相互作用，使焊接工藝參數的調整更加復雜。 " R, I5 R+ Q) K; V# _
3、激光焊接時形成的等離子體對激光的吸收和反射，降低了母材對激光的吸收率，使激光的能量利用率降低，同時使焊接過程變的不穩定。 , f4 _6 S( F# r 4、激光對高反射率、高導熱系數材料的焊接比較困難，熔池的凝固速度快使其容易產生氣孔，冷裂紋，同時合金元素和雜質元素容易偏析，出現熱裂紋等缺陷。 7 Y1 z" f3 I, l6 T. C
激光焊接的應用
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1、制造業 9 `6 |/ A6 f% H" C1 L" m6 m) r z激光拼焊技術在國外轎車制造中得到廣泛的應用，據統計，2000年全球范圍內剪裁坯板激光拼焊生產線超過100條，年產轎車構件拼焊坯板7000萬件，并繼續以較高速度增長。0 T' x4 `: v& z* X5 i
2、粉末冶金 3 |4 r: z$ v% L* K) q在八十年代初期，激光焊以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域，為粉末冶金材料的應用開辟了新的前景。3 N- ^: V- G. r, j8 f ^3 L
3、汽車工業 / }4 d/ L+ H* |0 Y. h Y20世紀80年代后期，千瓦級激光成功應用于工業生產，而今激光焊接生產線已大規模出現在汽車制造業，成為汽車制造業突出的成就之一。 / |0 ^" ? k% v4 d7 z2 V0 H3 R4、電子工業 3 O2 q( a7 ?, D. S, `, Q激光焊接在電子工業中，特別是微電子工業中得到了廣泛的應用。激光焊接熱影響區小、加熱集中迅速、熱應力低，因而正在集成電路和半導體器件殼體的封裝中，顯示出獨特的優越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應用，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環、快熱陰極燈絲組件等。" N! t, S, c/ b8 q" g
5、生物醫學- H7 W% ^% I8 x
激光焊接方法與傳統的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過程中沒有異物反應，保持焊接部位的機械性質，被修復組織按其原生物力學性狀生長等優點將在以后的生物醫學中得到更廣泛的應用。4 b Z; F) i3 P( B D7 v% l; a
