? ? ?激光焊接是激光加工材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。20世紀(jì)70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬于熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纖傳輸技術(shù)的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，使其在機械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣。目前的研究主要集中于CO2激光和YAG激光焊接各種金屬材料時的理論，包括激光誘發(fā)的等離子體的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、復(fù)合焊接、激光焊接現(xiàn)象及小孔行為、焊接缺陷發(fā)生機理與防止方法等，并對鎳基耐熱合金、鋁合金及鎂合金的焊接性，焊接現(xiàn)象建模與數(shù)值模擬，鋼鐵材料、銅、鋁合金與異種材料的連接，激光接頭性能評價等方面做了一定的研究。
?1.激光焊接的原理
???? 激光焊接原理：激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面，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。 1.1熱傳導(dǎo)焊接當(dāng)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(zhuǎn)化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式繼續(xù)向材料深處傳遞，最后將兩焊件熔接在一起。 1.2激光深熔焊當(dāng)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(zhuǎn)化為熱能，材料被加熱熔化至汽化，產(chǎn)生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表面時產(chǎn)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(xù)照射，凹坑穿人更深，當(dāng)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。
?2.激光焊接的應(yīng)用領(lǐng)域
???? 2.1制造業(yè)應(yīng)用 激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技術(shù)在 國外轎車制造中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計，2000年全球范圍內(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，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。
??? 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)上對材料特殊要求，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、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，激光焊以其獨特的優(yōu)點進(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)合強度低，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強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度以及耐高溫性能。
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??? 2.3汽車工業(yè)20世紀(jì)80年代后期，千瓦級激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)線已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車制造業(yè)，成為汽車制造業(yè)突出的成就之一。德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側(cè)框等鈑金焊接，90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟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得越來越多，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 70000t比1998年增加3倍。根據(jù)汽車工業(yè)批量大、自動化程度高的特點，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Sandia國家實驗室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究，德國不萊梅應(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，解決公差問題，開發(fā)的生產(chǎn)線已在奔馳公司的工廠投入生產(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。
??? 2.5其他領(lǐng)域在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國內(nèi)進(jìn)行了許多研究，如對BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接，德國玻璃機械制造商GlamacoCoswig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)。
? ?3.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為了一個至關(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，于工件無接觸及包含的信息量大等特點，成為發(fā)展得最快的跟蹤傳感器，而CCD(Charge-coupledDevice電荷耦合裝置)集成光學(xué)器件的應(yīng)用又使得光學(xué)傳感器上升到了視頻傳感的新高度。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)10m／min以上，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)在線的激光焊接質(zhì)量監(jiān)測是保證質(zhì)量的十分重要的環(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、光傳感器所采取的信號放大、濾波、雙限比較后進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字信號由微機進(jìn)行處理等，對激光輸出功率、焊接速度、離焦量等工藝參數(shù)進(jìn)行控制實現(xiàn)最佳工藝數(shù)。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。
?? 4.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，激光器的發(fā)展仍然集中于激光設(shè)備的開發(fā)研制，如提高電源的穩(wěn)定性和壽命，對于CO2氣體激光器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。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。在激光加工加光束質(zhì)量及加工外圍裝置研究，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，開展焊接工藝及材料、
焊接工藝對設(shè)備要求及焊接過程參數(shù)監(jiān)測和控制技術(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。
