一、激光焊接的工作原理

 

激光焊接是將具有優異的方向性、高亮度、高強度、高單色性、高相干性等特點的激光束輻射至加工工件表面區域內，激光束經過光學系統聚焦后，其激光焦點的功率密度為104-107W/cm2，通過激光與被焊物的相互作用，在極短的時間內使被焊處形成一個能高度集中的熱源區，熱能使被焊物區域熔化后冷卻結晶形成牢固的焊點和焊縫。根據所用激光器及其工作方式的不同，常用的激光焊接方式有兩種，一種是脈沖激光焊，主要用于單點固定連續和簿件材料的焊接，焊接時形成一個個圓形焊點；另一種為連續激光焊，主要用于大厚件的焊接和切割，焊接過程中形成一條連續焊縫。就一般而論，焊接材料的選擇、激光焊接機的選擇，加工工作臺的選擇，是影響激光焊接效果的主要因素。而對于焊接過程中熔化現象能否產生和產生的強弱程度則主要取決于激光作用材料表面的時間、功率密度和峰值功率，控制好上述各參數就可利用激光進行各種不同的焊接加工。激光焊接中，光束焦點位置是最關鍵的控制工藝參數之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦點處于最佳位置范圍內才能獲得最大熔深和好的焊縫形狀。

 

二、激光焊接的主要特性

 

與其他傳統的焊接技術相比，激光焊接具有如下的優點：

 

1、激光焊接屬非接觸式焊接，作業過程不需加壓，焊接速度快、功效高、深度大、殘余應力和變形小，能在室溫或特殊條件下(如封閉的空間)進行焊接，焊接設備裝置簡單，不產生X射線。

2、可焊接如高熔點金屬的難熔材料，甚至可用于如陶瓷、有機玻璃等非金屬材料的焊接，對異形材料施焊，效果良好，且具有很大的靈活性，可對于焊接難以接近的部位施行非接觸遠距離焊接。

3、激光束經聚焦可獲得很小的光斑，由于不受磁場影響且能精確定位，因此，可進行微型焊接，適用于大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。

4、激光束易實現光束按時間與空間分光，可以切換裝置將激光束傳送舉多個工作站，因此，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

5、激光焊接因屬無接觸加工，沒有工具損耗和工具調換等問題，同時，其不需使用電極，因此沒有電極污染或受損的顧慮，且易于以自動化進行高速焊接。亦可以數位或電腦控制。然而，激光焊接也存在著一定的局限性：

首先，激光器及其相關系統的成本較高，一次性設備投資較大。

其次，在焊接過程中，要求焊接裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。

另外，焊接厚度比電子束焊小，焊接一些高反射率的金屬還比較困難。

 

三、激光焊接的工藝方法

1、片與片間的焊接。一般采用手動焊接和自動化焊接，其包括對焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等四種工藝方法。

2、絲與絲的焊接。一般采用手動焊接和半自動焊接，其包括絲與絲對焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等四種工藝方法。

3、金屬絲與塊狀元件的焊接。采用激光焊接可以成功地實現金屬絲與塊狀元件的連接，塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應注意絲狀元件的幾何尺寸。

4、不同金屬的焊接。焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數范圍，不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。

5、塊狀物件補焊。采用激光將激光焊絲熔化沉積到基材上，一般適合模具等產品的修補。

 

四、激光焊接的質量控制

隨著激光的發展，激光焊接技術日益趨于成熟。然而，在實際焊接生產過程中，也會因為各種原因而產生各樣的問題。如何辨別問題出現的原因，如何解決質量問題的出現，這是生產工藝管理過程中非常重要的一環。

首先，要對焊接品質進行檢查焊接品質的檢查。一般有目視檢驗和破壞性檢驗兩種方法。目視檢驗顧名思義，是工作人員根據自己豐富的工作經驗來判定焊接產品是否合格，但若憑此檢驗就下結論，還不充分，這就需要進行破壞性檢驗，即撕開焊接母材進行確認。另外，也可利用拉伸儀進行拉伸強度的檢驗。

其次，根據現象進行原因分析。一般來說，若出現焊接加工不良，可能材料有問題，需要在檢查材料質量后更換材料或改變激光焊接機波形設定工藝條件進行解決；若所焊接產品的同一部位連續出現焊接不良，很可能是工作臺和夾具有問題；若偶爾有焊穿和虛焊現象，可以檢查焊接機的能量穩定性或工作臺及夾具是否存在問題。

再次，加強焊接品質保證管理。在焊接過程中，一要經常用壓力測試儀對焊接壓力進行測試，以使壓力保持不變，同時，要經常對焊接機頭的動作狀況進行檢查；二要加強對電流的監測，避免出現電源電壓的波動、焊接機超載運作而引起的過熱使電流輸出減少、工件接觸不良導致電流減少、焊接機性能不良等問題；三要考慮工件厚度、鍍層厚度、金屬成分等的變化，避免焊接不良品的出現。

 

五、激光焊接的注意事項

激光同一般的光一樣具有生物效應(熟效應、光效應、壓力效應以及電磁場效應)，這種生物效益在給人類帶來益處的同時，若無防護或防護不好也會對如眼睛、皮膚以及神經系統等人體組織造成直接或間接的損害。為了確保激光焊接時的安全與防護，必須對激光危害嚴加控制，做好工程控制、個人防護及安全管理。

1、工程控制

工程控制是指對激光器或激光加工系統在結構上所采取的安全措施，主要包括：防護罩——用以防止工作人員接受超過最大允許照射量；安全連鎖——指與防護罩相連的、在移開防護罩時可避免輻射的自動裝置；安全光路——對輻照可能引起燃燒或次級輻射的光路予以封閉；鑰匙開關——泛指取下鑰匙時，激光器轉；光束終止——為了使激光束不超越受控的加工作業區，可使用光束終止器或衰減器。

2、個人防護

主要指穿戴耐火、耐熱的激光防護服，配戴能夠選擇性地衰減特定激光波長的激光防護眼鏡、配戴用于紫外激光源的激光防護面罩、配戴可避免直射或散射激光造成損害的激光防護手套。

3、安全管理

安全管理主要包括設置專門機構或人員，明確職責、權利：包括安全培訓以及醫學監督等。

 

六、激光焊接的發展趨勢

人們在廣泛應用激光焊接技術的同時，亦不斷對其進行深入的研究，針對其存在的缺點，利用其他熱源的加熱性能來改善激光對工件的加熱，在保持激光加熱優點的基礎上，從而把激光與其他熱源一起進行復合熱源焊接，主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應熱源復合焊接以及雙激光束焊接等。復合焊接可增加焊接熔深，改善接頭性能，降低設備成本，提高焊接速度與生產率。總之，激光焊接生產效率高，加工質量穩定可靠，經濟效益和社會效益良好。在新設備、新材料、新技術和新工藝層出不窮、不斷更新的時代，生產者不僅要了解激光焊接的特性、優點和要求，還應認識到此領域的諸多創新和未來趨勢，只有這樣才能把握技術流行趨勢，才能時刻走在時代的前沿。

 

文章來源：萬方數據