激光焊接工藝調(diào)研報告

1、激光焊接工藝調(diào)研報告引言 21世紀(jì)是現(xiàn)代科技高速發(fā)展的時代，而激光技術(shù)作為目前時代發(fā)展中人們所最為矚目的可擊之一，其不僅僅是應(yīng)用于現(xiàn)代軍事領(lǐng)域，同樣隨著激光技術(shù)的日益嫻熟以及其本身的制造工藝和應(yīng)用工藝的普遍化，未來能夠在更多的行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，其中就包括傳統(tǒng)制造業(yè)。由于傳統(tǒng)焊接本身更多是依賴于焊接人員自身的工作經(jīng)驗以及對于焊接目標(biāo)的目測實現(xiàn)焊接，其往往精度存在一定的偏差性，很難實現(xiàn)高精度項目的作業(yè)，而激光焊接無疑能夠有效解決這一難題，利用激光技術(shù)準(zhǔn)確對現(xiàn)有的目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確的焊接，從而大大提升了焊接的準(zhǔn)確性和有效性。未來隨著工業(yè)現(xiàn)代化的迅猛發(fā)展，激光焊接技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用空間。鑒于此，本文主要通過

2、對激光焊接技術(shù)的內(nèi)涵以及分類出發(fā)，就目前國內(nèi)外激光焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜合性、系統(tǒng)性的分析，并由此結(jié)合未來制造業(yè)發(fā)展需求以及激光焊接的特點，對其未來的應(yīng)用以及發(fā)展進(jìn)行展望。發(fā)展歷程世界上的第一個激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒 所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)106瓦，但仍屬于低能量輸出。使用釹（ND）為激發(fā)元素的釔鋁石榴石晶棒（Nd:YAG）可產(chǎn)生1-8KW的連續(xù)單一波長光束。YAG激光，波長為1.06uM，可以通過柔性光纖連接到激光加工頭，設(shè)備布局靈活，適用焊接厚度0.5-6mm。使用CO2為激發(fā)物的CO2激光（波長1

3、0.6uM），輸出能量可達(dá)25KW，可做出2mm板厚單道全滲透焊接，工業(yè)界已廣泛用于金屬的加工上。20世紀(jì)80年代中期，激光焊接作為新技術(shù)在歐洲、美國、日本得到了廣泛的關(guān)注。1985年德國蒂森鋼鐵公司與德國大眾汽車公司合作，在Audi100車身上成功采用了全球第一塊激光拼焊板。90年代歐洲、北美、日本各大汽車生產(chǎn)廠開始在車身制造中大規(guī)模使用激光拼焊板技術(shù)。無論實驗室還是汽車制造廠的實踐經(jīng)驗，均證明了拼焊板可以成功地應(yīng)用于汽車車身的制造。激光拼焊是采用激光能源，將若干不同材質(zhì)、不同厚度、不同涂層的鋼材、不銹鋼材、鋁合金材等進(jìn)行自動拼合和焊接而形成一塊整體板材、型材、夾芯板等，以滿足零部件對材料性

4、能的不同要求，用最輕的重量、最優(yōu)結(jié)構(gòu)和最佳性能實現(xiàn)裝備輕量化。在歐美等發(fā)達(dá)國家，激光拼焊不僅在交通運輸裝備制造業(yè)中被使用，還在建筑業(yè)、橋梁、家電板材焊接生產(chǎn)、軋鋼線鋼板焊接（連續(xù)軋制中的鋼板連接）等領(lǐng)域中被大量使用。世界著名的激光焊接企業(yè)有瑞士Soudonic公司、法國阿賽洛鋼鐵集團(tuán)、德國蒂森克虜伯集團(tuán)TWB公司、加拿大Servo-Robot公司、德國Precitec公司等。中國的激光拼焊板技術(shù)應(yīng)用剛剛起步，2002年10月25日，中國第一條激光拼焊板專業(yè)化商業(yè)生產(chǎn)線正式投入運行，由武漢蒂森克虜伯中人激光拼焊從德國蒂森克虜伯集團(tuán)TWB公司引進(jìn)。此后上海寶鋼阿賽洛激光拼焊公司、一汽寶友激光拼焊有

5、限公司等相繼投產(chǎn)。2003年，國外實現(xiàn)了A318鋁合金下壁板結(jié)構(gòu)雙光束C02激光填絲焊和YAG激光填絲焊，它代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉚結(jié)構(gòu)減輕了飛機(jī)機(jī)身重量的20%，同時也節(jié)約了20%的成本。鞏水利認(rèn)定激光焊接技術(shù)將對我國傳統(tǒng)航空制造業(yè)改造升級產(chǎn)生重大意義。隨后他立即申請多項相關(guān)預(yù)研課題，組織攻關(guān)團(tuán)隊，在國內(nèi)率先將“雙光束激光焊接”技術(shù)引入到課題研究中，并且從一開始就醞釀要將這項技術(shù)用到飛機(jī)制造中。中國專家團(tuán)隊向某飛機(jī)設(shè)計所交底初步技術(shù)，向他們推介雙光束激光焊接的優(yōu)越性和可行性。該設(shè)計所經(jīng)多方考證和評估，毅然決定將該技術(shù)用于某飛機(jī)帶筋壁板的制造，實現(xiàn)了最初要把“雙光束激光焊接”技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)制造的目標(biāo)，突破了

6、輕質(zhì)合金激光焊接填絲精度控制等關(guān)鍵技術(shù)，集成創(chuàng)新研制了雙光束激光填絲復(fù)合焊接裝置，建立了國內(nèi)首個大功率雙光束激光填絲焊接平臺，實現(xiàn)了大型薄壁結(jié)構(gòu)T型接頭雙光束雙側(cè)同步焊接，并首次成功應(yīng)用于航空帶筋壁板關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的焊接制造中，在我國新型飛機(jī)研制中發(fā)揮了重要作用。2003年 由華工激光提供的國內(nèi)首臺大型帶材在線式焊接成套設(shè)備通過離線驗收。該設(shè)備集激光切割、焊接和熱處理于一身，使我國華工激光成為世界上第四家能夠生產(chǎn)此類設(shè)備的企業(yè)。2004年 華工激光法利萊“高功率激光切割,焊接及切焊組合加工技術(shù)與設(shè)備”項目獲得國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎,成為國內(nèi)唯一具備該項技術(shù)與設(shè)備研制能力的激光企業(yè)。隨著工業(yè)激光產(chǎn)業(yè)

7、的快速發(fā)展，市場對激光加工技術(shù)的要求越來越高，激光技術(shù)已從單一應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)向多元化應(yīng)用，激光加工方面不再是單一的切割或者焊接，市場對激光加工要求切割和焊接一體化的需求也越來越多，激光切割和激光焊接的切焊一體化激光加工設(shè)備應(yīng)運而生。華工激光法利萊研究開發(fā)Walc9030切焊一體機(jī)，93米超大幅面，是目前世界最大幅面的激光切焊一體化設(shè)備。Walc9030是集成了激光切割與激光焊接功能于一體的大幅面切焊設(shè)備，設(shè)備具有專業(yè)的切割頭和焊接頭，兩個加工頭共用一個橫梁，用數(shù)控技術(shù)保證其不會互相干涉，設(shè)備能夠完成同時需要切割與焊接兩道工序。先切后焊，先焊后切，激光切割、焊接輕松進(jìn)行切換，一臺設(shè)備，兩種功能，而不

8、用另外添置新的設(shè)備，為應(yīng)用廠家節(jié)約了設(shè)備成本，提高了加工效率和加工范圍，而且由于切焊一體，加工精度得到了完全的保障，設(shè)備性能高效穩(wěn)定。 此外，它攻克了超大板材拼焊過程中板材易產(chǎn)生熱變形和如何保持超長飛行光路穩(wěn)定實現(xiàn)的難關(guān)，可以將兩塊長6米寬1.5米的平面板材一次性焊接完成，焊后表面光滑平整，無需其他后續(xù)加工。同時可以切割寬3米長度6米以上的20mm以下的板材，一次成型，無需二次位。中科院沈陽自動化研究所與日本石川島播磨重工株式會社進(jìn)行國際合作，遵循國家引進(jìn)消化后再創(chuàng)新的科技發(fā)展戰(zhàn)略，攻克激光拼焊若干個關(guān)鍵技術(shù)，于2006年9月開發(fā)出國內(nèi)第一套激光拼焊成套生產(chǎn)線，并成功開發(fā)了機(jī)器人激光焊接系統(tǒng)，

9、實現(xiàn)了平面和空間曲線的激光焊接。2013年10月，中國焊接專家獲得了焊接領(lǐng)域最高學(xué)術(shù)獎-布魯克獎。英國焊接研究所(TWI)每年從來自120多個國家的4000余會員單位中推薦提名，最終將該獎項授予一位專家，以表彰其在焊接或連接科學(xué)技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域做出的卓越貢獻(xiàn)。這次獲獎不僅是對鞏水利及其團(tuán)隊的認(rèn)可，也是對中航工業(yè)推動材料連接技術(shù)進(jìn)步的肯定。 激光焊接技術(shù)是激光材料在加工應(yīng)用中所涉及到的重要技術(shù)之一，其發(fā)展最早可追溯至二十世紀(jì)六十年代，它是在傳統(tǒng)焊接技術(shù)的基礎(chǔ)上形成和發(fā)展起來的，是對傳統(tǒng)技術(shù)的改革和創(chuàng)新，其焊接效率更高、不易變形、抗電磁干擾能力強(qiáng)、可達(dá)性較好。而到了二十世紀(jì)七十年代，激光焊接技術(shù)

10、被直接應(yīng)用于低速焊接和薄壁材料焊接，是一種熱傳導(dǎo)型的焊接，它通過熱傳導(dǎo)的方式將焊接材料表面的熱量迅速傳遞至內(nèi)部，并經(jīng)過一系列內(nèi)部調(diào)控之后，實現(xiàn)了對激光脈沖寬度、能量值、重復(fù)頻率等參數(shù)的有效控制，加工者可以按照自己的個性化需求進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終完成工件的熔化，從而形成了一個特定的熔池。隨著大功率激光器的不斷發(fā)展，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也進(jìn)一步擴(kuò)展，越來越多地被應(yīng)用至微型零件和小型零件等高精密度零件的焊接中。國內(nèi)外該工藝發(fā)展?fàn)顩r及其企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r國外對其研究現(xiàn)狀由于國外激光技術(shù)以及制造業(yè)較為發(fā)達(dá)，因此他們早在上世紀(jì)八十年代就已經(jīng)逐步開始研究以及分析如何將現(xiàn)代激光技術(shù)應(yīng)用在傳統(tǒng)制造業(yè)中。以歐盟、美國等西方

11、國家和亞洲的日本為例，他們借助于自身發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)實力以及良好的制造業(yè)基礎(chǔ)，在政府合理的引導(dǎo)以及財政支持下，激光焊接技術(shù)發(fā)展非?？焖?，特別是進(jìn)入新世紀(jì)以后，已經(jīng)在許多的制造業(yè)和其他行業(yè)中能夠看到激光焊接結(jié)束的應(yīng)用，包括電子工業(yè)、造船工業(yè)、汽車工業(yè)等等，都能夠看到現(xiàn)代激光焊接技術(shù)的應(yīng)用。并且，他們?yōu)榱四軌驅(qū)φ麄€技術(shù)進(jìn)行合理的應(yīng)用，已經(jīng)初步形成了焊接技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而使得其能夠在一個合理可控的范圍內(nèi)得到應(yīng)用。與此同時，為了進(jìn)一步提升焊接效率，使得激光焊接技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于現(xiàn)代大型生產(chǎn)，特別是大型制造業(yè)以及建筑業(yè)，西方發(fā)達(dá)國家近年來在積極研究如何提升激光焊接的效率，通過大功率激光器的研究，進(jìn)一步

12、推動和實現(xiàn)大功率激光焊接技術(shù)的實現(xiàn)，由此真正將其應(yīng)用到大型制造業(yè)、建筑業(yè)甚至是軍事領(lǐng)域，進(jìn)行潛艇以及軍艦的制造。國內(nèi)對其研究現(xiàn)狀相對于國外成熟的技術(shù)而言，我國指導(dǎo)改革開放之后在開始逐步接觸和了解激光技術(shù)，而直到上世紀(jì)九十年代末才開始逐漸將激光技術(shù)與傳統(tǒng)焊接應(yīng)用相結(jié)合。目前，激光焊接技術(shù)研究在國內(nèi)走在前列的當(dāng)屬哈爾濱焊接研究所。近年來，其除了進(jìn)一步拓寬和研發(fā)新的激光焊接種類以及設(shè)備之外，也在積極模仿以及參照國外研究的最新動向，不斷尋求大功率激光焊接技術(shù)的突破與發(fā)展。而最新的研究成果顯示，他們成功克服了國內(nèi)大型構(gòu)件的焊接難題，這無疑標(biāo)志著我國在激光焊接技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，也為未來大型工程重大應(yīng)用奠

13、定了基礎(chǔ)。除此之外，目前國內(nèi)的激光焊接技術(shù)研究還集中在激光熱絲焊、異種金屬焊等領(lǐng)域，他們都是現(xiàn)代激光焊接技術(shù)研究的最新課題。而國外在相關(guān)研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破，特別是德國已經(jīng)初步掌握了異種金屬焊的技巧和方式，而未來我國要想真正熟練的應(yīng)用以及掌握激光焊接技術(shù)，將其應(yīng)用到更多的領(lǐng)域以及行業(yè)內(nèi)，無疑就必須要攻破上述課題，要進(jìn)一步完善以及優(yōu)化激光焊接技術(shù)。總體而言，雖然國內(nèi)的激光焊接技術(shù)與國外目前的研究以及發(fā)展進(jìn)度存在一定的差距，但是隨著研究的不斷深入，這一差距正在被逐步縮短，未來其必然會被廣泛應(yīng)用于實際生產(chǎn)和生活中。 激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技術(shù)在國外轎車制造中

14、得到廣泛的應(yīng)用6 ，據(jù)統(tǒng)計，2000年全球范同內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線超過100條，年產(chǎn)轎車構(gòu)件拼焊坯板7000萬件，并繼續(xù)以較高速度增長。國內(nèi)生產(chǎn)的引進(jìn)車型Passat，Bulck，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焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接，超薄板焊接，如板厚100tm 以下的箔片無法熔焊，但通過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161，在同內(nèi)蘇寶蓉等還進(jìn)行了齒輪的激光焊接技術(shù)7。20世紀(jì)80年代后期，千瓦級激光器成功應(yīng)用于T業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)

15、線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè)，或為汽車制造業(yè)突出的成就之一 。9O年代美國通用、福特和克萊斯特公司競相將激光焊接引入汽車制造，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，牛的焊接裝配中采用了激光焊接，日本的日產(chǎn)、本田和豐田汽車公司在制造車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)良在汽車車身制造中使用的越來越多，根據(jù)美國金屬市場統(tǒng)計，至2002年底，激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達(dá)到7萬噸， 比1998年增加3倍。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展許多技術(shù)對材料有特殊要求應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點在某些領(lǐng)域如汽車、飛機(jī)、工具刃具

16、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題顯得日益突出使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限8。在20世紀(jì)80年代初期激光焊以其獨特的優(yōu)點進(jìn)入粉末冶金材料加T領(lǐng)域，為粉末冶金材料的應(yīng)用開辟了新的前景，如采用粉末冶金 。料連接中常用的釬焊方法焊接金剛石，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9-11。激光焊接在電子T業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用12。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了獨特的優(yōu)越性，在真空器件研制中，激光焊

17、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00501mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決， 電弧焊容易焊穿，等離子焊穩(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。生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，Klink等及Jain13用激光焊接輸卵管和血管的成功及顯示出來的優(yōu)越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其它組織的焊接14,15。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面，目前同內(nèi)外的研究主要集中在激光波長、劑量及對功能恢復(fù)及激光焊料選擇等方面16-181，劉銅軍在激光焊接小血管及皮膚19等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研

18、究20。激光焊接療法與與傳統(tǒng)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(yīng)，保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì)，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀牛長等優(yōu)點21，將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加，特別是在特種材料焊接方面，我國進(jìn)行了許多研究，如對BT20鈦合金22、HE130合金23、Liion24電池 等激光焊接。德國玻璃機(jī)械制造商Glamaco Coswig公司與IFW 接合技術(shù)與材料實驗研究院合作開發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。激光焊接的激光發(fā)生器及其工藝發(fā)展趨勢目前的激光焊接所使用的激光器主要為大功率CO2，激光器和脈沖Nd：YAG激光器，對于

19、CO2氣體激光要解決大功率激光器的放電穩(wěn)定性，對于YAG 固體激光器要研制大容量、長壽命的光泵激勵光源。光纖激光器具有高轉(zhuǎn)換效率和極低損耗，極好光束質(zhì)量、高效率和可靠性，并且結(jié)構(gòu)非常緊湊，在不遠(yuǎn)的將來，單光纖、單模光纖的輸出功率將超過千瓦級，在激光焊接領(lǐng)域?qū)⒌玫綉?yīng)用。采用直接二極管陣列激光輸出波長在近紅外區(qū)域的激光平均功率已達(dá)lkW，光電轉(zhuǎn)換效率接近50，這些激光設(shè)備和技術(shù)，將在焊接應(yīng)用方面發(fā)揮更大的作用。在激光光束質(zhì)量及加r外罔裝置方面，應(yīng)研究各種激光加工工藝對激光光束的質(zhì)量要求、激光光束和加工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)、光學(xué)系統(tǒng)及加工頭設(shè)計和研制，開展焊接 藝及材料、焊接T藝對設(shè)備要求及焊接過程參數(shù)監(jiān)測

20、和控制技術(shù)研究，從而掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝。激光焊接設(shè)備的智能化控制激光焊接監(jiān)控自動化的關(guān)鍵之一是熔池的實時監(jiān)視，因此，跟蹤傳感器的選擇成了一個至關(guān)重要的前提：在所有傳感器中，光學(xué)傳感器以其靈敏度和測量精度高，動態(tài)特性好，與I 件無接觸及包含的信息量大等特點，成為發(fā)展最快的跟蹤傳感器。而CCD(Chargecoupled Device電荷耦合裝置 集成光學(xué)器件的應(yīng)用，又使得光學(xué)傳感器上升到視頻傳感的新高度25。激光焊接的優(yōu)點之一是焊接速度快，薄板的焊接速度可達(dá)10mmin以上26，但在高速連續(xù)的焊接過程中，如果出現(xiàn)焊接缺陷，將在極短的時間內(nèi)造成大量的廢品。實現(xiàn)在線的激光焊接

21、質(zhì)量監(jiān)測是保汪質(zhì)量十分重要的環(huán)節(jié)，華中科技大學(xué)設(shè)計的信號處理及反饋控制系統(tǒng)，通過將聲、光傳感器所采集的信號放大、濾波、雙限比較后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號由微機(jī)進(jìn)行處理等，對激光輸出功率、焊接速度、離焦量等r藝參數(shù)進(jìn)行控制實現(xiàn)最佳工藝參數(shù)27。解決熔透問題，基本前提是對激光焊接過程進(jìn)行實時檢測和控制，提取激光焊接的特征信號。復(fù)合焊接人們在廣泛應(yīng)用激光焊接技術(shù)的同時，不斷地對其進(jìn)行深入的研究，發(fā)現(xiàn)它有一定的缺點：在激光焊接過程中，母材受熱熔化、汽化，形成深熔小孔，孔中充滿金屬蒸汽，金屬氣體 激光作用形成等離子云。等離子云吸收、反射激光，降低金屬材料對激光的吸收率，使激光的能量利用率降低；對焊接母

22、材端面接要求高， 容易產(chǎn)生錯位；容易生成氣孔疏松和裂紋；焊后在母材端面之問的接口部位存在凹陷，焊接過程不穩(wěn)定等。為減少或消除單熱源激光焊接的缺陷，人們在保持激光加熱優(yōu)點的基礎(chǔ)上，利用其他熱源的加熱特性來改善激光對工件的加熱，從而把激光與其他熱源一起進(jìn)行復(fù)合熱源焊接，主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應(yīng)熱源復(fù)合焊接以及雙激光束焊接等。激光與電弧焊接結(jié)合起來，這種復(fù)合工藝綜合了激光與電弧的優(yōu)點，即將激光的高能量密度和電弧的較大加熱區(qū)組合起來，其優(yōu)點：1）可增加焊接熔深；2）提高焊接速度與生產(chǎn)率；3）改善接頭性能；4）降低設(shè)備成本，同時通過激光與電弧的相互作用，來改善激光能量的耦合特性和電弧

23、的穩(wěn)定性，以獲得一種綜合的效果，但是由于電弧的引入增加了焊接的熱輸入，從而使焊接熱影響區(qū)和熱變形增大。激光焊機(jī)焊接是利用激光束作為熱源的一種熱加工工藝，它與電子束等離子束和一般機(jī)械加工相比較，具有許多優(yōu)點。激光束的激光焦點光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔點、高強(qiáng)度的合金材料。激光焊接是無接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題。激光焊機(jī)焊接熱影響區(qū)小，材料變形小，無需后續(xù)工序處理。激光可通過玻璃焊接處于真空容器內(nèi)的工件及處于復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部位置的工件。激光束易于導(dǎo)向、聚焦，實現(xiàn)各方向變換。激光焊接與電子束加工相比較，不需要嚴(yán)格的真空設(shè)備系統(tǒng)，操作方便。激光焊接生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益

24、和社會效益好。激光焊機(jī)用來封焊傳感器金屬外殼是一種最先進(jìn)的加工工藝方法，主要基于激光焊接有以下特點高的深寬比。焊縫深而窄，焊縫光亮美觀。最小熱輸入。由于功率密度高，熔化過程極快，輸入工件熱量很低，焊接速度快，熱變形小，熱影響區(qū)小。高致密性。焊縫生成過程中，熔池不斷攪拌，氣體易出，導(dǎo)致生成無氣孔熔透焊縫。焊后高的冷卻速度又易使焊縫組織微細(xì)化，焊縫強(qiáng)度、韌性和綜合性能高。強(qiáng)固焊縫。高溫?zé)嵩春蛯Ψ墙饘俳M份的充分吸收產(chǎn)生純化作用，降低了雜質(zhì)含量，改變夾雜尺寸和其在熔池中的分布，焊接過程中無需電極或填充焊絲，熔化區(qū)受污染小，使焊縫強(qiáng)度、韌性至少相當(dāng)于甚至超過母體金屬。精確控制。因為聚焦光斑很小，焊縫可以

25、高精度定位，光束容易傳輸與控制，不需要經(jīng)常更換焊炬、噴咀，顯著減少停機(jī)輔助時間，生產(chǎn)效率高，光無慣性，還可以在高速下急停和重新啟始。用自控光束移動技術(shù)則可焊復(fù)雜構(gòu)件。非接觸、大氣環(huán)境焊接過程。因為能量來自激光，工件無物理接觸，因此沒有力施加于工件。另磁和空氣對激光都無影響。由于平均熱輸入低，加工精度高，可減少再加工費用，另外，激光焊接運轉(zhuǎn)費用較低，從而可降低工件成本。容易實現(xiàn)自動化，對光束強(qiáng)度與精細(xì)定位能進(jìn)行有效控制。激光焊接的控制在激光焊接熔透控制研究中，建立熔池形狀參數(shù)與焊接工藝間的關(guān)系是關(guān)鍵問題，在實驗過程中，對熔池形狀信息獲知越豐富，對焊接過程熔透控制的效果越理想。許多學(xué)者根據(jù)激光深熔

26、焊中的小孔機(jī)制，對激光焊接的溫度場、液體流動及小孔形狀、尺寸進(jìn)行了計算并取得了一定效果。激光焊工藝參數(shù)及其說明激光焊接技術(shù)的內(nèi)涵激光焊接顧名思義就是傳統(tǒng)焊接技術(shù)與現(xiàn)代激光科技的結(jié)合，其主要是利用利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法，利用激光本身的高度聚焦，在短時間內(nèi)形成強(qiáng)烈的脈沖，從而對材料進(jìn)行加工和切割。相對于傳統(tǒng)焊接而言，其本身精度更高，更加的靈敏，焊接小了也更高，因而適用于在材料的微小區(qū)域進(jìn)行焊接。激光焊接技術(shù)借助于特定的戒指的往復(fù)振蕩，將其轉(zhuǎn)化為高輻射能量，并且對這一輻射能量進(jìn)行聚焦，由此超過材料的燃點，最終實現(xiàn)不同材料之間的粘連。從現(xiàn)代激光焊接的發(fā)展現(xiàn)狀以及特點來看，

27、其主要分為兩類，一是激光深焊接，其主要是通過將大功率激光束直接投射到材料表面，利用熱能與光能的轉(zhuǎn)化，從而使得材料在持續(xù)照射下軟化直至融化；另一類是是熱傳導(dǎo)焊接技術(shù)，與激光深焊接的主要差異在于材料表層的熱量通過熱傳導(dǎo)方式繼續(xù)向材料內(nèi)部傳送，最終實現(xiàn)使焊接材料合二為一。上述兩種激光焊接其主要是利用了不同能量之間的轉(zhuǎn)換從而實現(xiàn)了對于不同材料的粘連，即實現(xiàn)了焊接。由于激光焊接本身精度更高，更加容易對能量進(jìn)行聚焦，因而更加容易控制，且能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的焊接，因此其本身的應(yīng)用更多的是在現(xiàn)代高新技術(shù)行業(yè)，例如電子器件以及儀表器件等對于焊接精度要求較高的行業(yè)，借助于其獨特的優(yōu)點，目前已成功應(yīng)用于微、小型零件的

28、精密焊接中。而未來隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及不斷進(jìn)步，對于激光焊接的應(yīng)用以及發(fā)展也變得更加的多元化，從而形成更多的分類，例如雙光束復(fù)合焊、激光-MIG復(fù)合焊、激光-電弧復(fù)合焊等等，他們的出現(xiàn)無疑能夠進(jìn)一步拓寬激光焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，提升整體傳統(tǒng)制造業(yè)的焊接效率和精準(zhǔn)度。(1)功率密度。 功率密度是激光加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在1

29、04106W/CM2。(2)激光脈沖波形。 激光脈沖波形在激光焊接中是一個重要問題，尤其對于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會有6098%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。(3)激光脈沖寬度。 脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。(4)離焦量對焊接質(zhì)量的影響。 激光焊接通常需要一定的離焦量，因為激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件

30、上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關(guān)。實驗表明，激光加熱50200us材料開始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)部分汽化，形成高壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。(5)焊接速度。焊接速度的快慢會影響單位時間內(nèi)的熱輸入量

31、，焊接速度過慢，則熱輸入量過大，導(dǎo)致工件燒穿，焊接速度過快，則熱輸入量過小，造成工件焊不透。激光焊接是將高強(qiáng)度的激光輻射至金屬表面，通過激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。圖1顯示在不同的輻射功率密度下熔化過程的演變階段，激光焊接的機(jī)理有兩種：（1）熱傳導(dǎo)焊接；（2）激光深熔焊。激光焊接的焊縫形狀對于大功率深熔焊由于在焊縫熔池處的熔化金屬，南于材料的瞬時汽化而形成深穿的閉孔空腔，隨著激光束與工件的相對運動使小孔周邊金屬不斷熔化、流動、封閉、凝同而形成連續(xù)焊縫，其焊縫形狀深而窄，即具有較大的熔深熔寬比，在高功率器件焊接時，深寬比可達(dá)5：1，最高可達(dá)10：12

32、。圖2顯示四種焊法在316不銹鋼及DUCOL W30鋼上的焊縫截面形狀的比較，對比的結(jié)論有以下幾點：（1)激光焊與電子束焊、鎢極惰性氣體電弧焊、等離子焊的主要優(yōu)點相似：焊縫窄、穿透性強(qiáng)、焊縫兩邊平、熱影響區(qū)小（2）電弧焊和等離子焊投資少，廣泛應(yīng)用了很多年，經(jīng)驗比較多；（3)激光焊和電子束焊須在真空或局部真空中進(jìn)行，也可在空氣中，但電子束穿透能力比激光差；（4）激光焊和電子束焊，焊縫窄且熱影響區(qū)小因而變形小。激光焊接焊縫的組織性能大功率激光焊接，因其能量密度極高，被焊工件經(jīng)受快速加熱和冷卻的反復(fù)作用，使得焊縫和熱影響區(qū)域極窄，硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于母材3，該區(qū)域的塑性相對較低。為了降低接頭區(qū)域的硬度，應(yīng)采取焊接前預(yù)熱和焊后回火等相應(yīng)的工藝措施。在激光焊接中，現(xiàn)行焊接 藝一般不需要填充金屬。在這種情況下，焊縫的組織和硬度主要南鋼板的化學(xué)成分和激光照射條件來決定。采用填充焊絲的激光焊接南于可以選擇任意合金成分的焊絲作為最佳的焊縫過渡合金，因而可以保證兩側(cè)母材的聯(lián)結(jié)具有最佳性能4 。傳感器密封焊接采用的方法有：電阻焊、氬弧焊、電子束焊、等離子焊等。1. 電阻焊：它用來焊接薄金屬件，在兩個電極間夾緊被焊工件通過大的電流熔化電極接觸的表面，即通過工件電阻發(fā)熱來實施焊接。工件易變形，電阻焊通過接頭兩邊焊合，而激光焊只從單邊進(jìn)行，電阻焊所用電極需經(jīng)常維護(hù)以清除氧化物和從工件粘連著的金屬，激