激光焊接范文精选

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2016.22.059

摘 要：激光是20世纪以来，继计算机、原子能、半导体之后，人类的又一重大发明。由于其用于焊接技术中具有被焊件变形极小、热影响区小、焊接深度/宽度比高、不局限于导电材料、不受磁场的影响、焊接过程中不产生X射线并且不需要真空的工作条件等特点，目前在很多的制造领域得到广泛应用。以美国、日本和欧盟为首的发达国家非常重视激光焊接技术的应用和发展，并将其列入国家的发展计划。该文对激光焊接技术的工作原理、工艺参数、特性特点和在现代工业中的应用等方面进行了综述，研究表明它既是高质量、低成本生产不可或缺的技术手段，又是新产品研发的技术保证。

关键词：激光焊接 工作原理 工艺参数 特性特点 技术应用

中图分类号：TG45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（a）-0059-02

焊接技术是实现材料永久性连接的方法，被广泛应用在机械制造、动力工程、建筑工程、车辆工程、石油化工和航空航天等领域，已成为制造业不可或缺的加工技术。目前常用的焊接方法有电弧焊接、电子束焊接、电阻焊接和钎焊等。但这些焊接方法在空间限制和对精细件的操作等方面都存在各自的缺点。激光束作为一种高能量密度的热源，因其具有高精度、高能量密度和适应性强的特点，近些年在焊接领域得到了迅速的发展和运用，已逐渐成为传统焊接技术的补充和发展，并正朝着高质量、低成本的方向发展，具有很大的发展前景和发展潜力。在未来，其在材料连接领域必将起到至关重要的作用。

1 激光焊接的原理

激光焊接本质上是非透明物质和激光相互作用的过程。整个过程是极其复杂的反应过程，宏观上表现为熔化、吸收、汽化和反射，微观上是一个量子过程。根据焊接的机理分为热传导焊接和激光深熔焊。热传导焊接是当激光辐射到焊接材料上时，一部分激光被焊接材料吸收并将光能转化为热能，表面热量通过以热传递的形式向材料深处传递使焊接工件熔化，最终将焊件熔接到一起。激光深熔焊是将功率密度较大的激光束辐射到焊接材料时，材料将吸收的光能转化为热能，并被加热到汽化产生金属蒸汽，在金属蒸汽离开工件表面时产生的反作用力的作用下，熔化的金属液体流向四周并形成凹坑，随着热量的不断产生，凹坑逐渐加深，当停止激光的照射后，凹坑周边溶液回流、冷却后将工件焊接在一起。

2 激光焊接的工艺参数

摘 要：近年来，激光焊接技术被广泛应用于汽车、轮船等制造业，以及电子工业和生物医学等领域中，该焊接技术的原理主要是利用了激光束聚焦后能获得高能量的特点，进而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金属受到激光束产生的热能而融化，即可进行焊接工作。激光焊接技术以其独有的优势给很多领域的工作带来了极大的方便，不仅促进了焊接技术的发展，而且带动了工业、农业等很多行业的进步。本文首先介绍了激光焊接技术的工作机理和特点，其次分析了激光焊接技术的应用。

关键词：激光;焊接;技术;应用

中图分类号： TG456.7 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2017）01-164-2

0 引言

随着我国经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，我国焊接技术也有了很大的进步，尤其是激光焊接技术以其独有的优势受到了各行各业的认可和广泛的应用，为我国制造业、电子行业、生物医学等领域都做出了极大的贡献，因此，深入的研究激光焊接技术及其应用不仅能够促进焊接行业的持续发展，而且对于发展我国工业、农业等其他行业也具有非常重要的现实意义。

1 激光焊接技术

1.1 激光焊接技术的工作机理

20世纪60年代以来，伴随CO2、YAG等激光器的诞生，研究人员们也迅速将其利用到了焊接技术中，进而开发了激光焊接技术，它的开发和应用为焊接行业带来了新的希望，并且很快被广泛应用于各个领域中。激光焊接技术的工作机理由于激光器的不同也各有差异，因而，根据激光器提供的功率密度的大小可以将激光焊接技术分为两类，一是激光传热熔化焊，二是激光深熔焊，他们的工作机理也各不相同。激光传热熔化焊所使用的激光器功率密度为105～106w/cm2，其工作机理是被焊工件表面吸收激光束热量，然后利用热传导效应在工件表面形成一定体积的熔池，使被焊部位熔化，然后进行焊接工作。激光深熔焊所使用的激光器功率密度为106～108w/cm2，其工作机理为利用激光器功率密度高的特点，使材料达到瞬间汽化进而在表面形成圆孔空腔，然后再通过控制激光束与工件间的相对运用使空腔附近的金属熔化，进而完成焊接工作。

[摘 要]激光焊接在工程应用中越来越广泛，三轴激光焊接在自动化焊接中发挥重要的作用。本文介绍了在原有设备条件下，针对原有二维激光焊接所出现的问题，利用激光器与扫描头的结构特色，开发出一套基于三轴的激光焊接设备。实践表明，该系统操作方便，极大提高了工作效率；完全可以进行各种汽车零部件的焊接，为激光焊接工艺的改进提供了有利的条件。

[关键词]激光；三轴；扫描焊接；

中图分类号：E963 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）30-0006-01

0、引言

随着工业的迅速发展，激光已经开始在人们的生活中普及开来，随之孕育了许多的产品，例如美容的激光祛斑、医学的激光矫正近视、军事的激光武器、工业的一系列激光设备等。在工业方面，为了提高焊接效率。激光焊接近来运用越来越广泛，由于激光辐射的能量释放迅速，点焊过程只有几毫秒，能量密度高，热量集中，作用时间很短.激光焊接另一优越在于可用反射镜或偏转棱镜或光导纤维，将激光光束在任何方向上弯曲或聚焦，引导到难以接近的部位。激光焊接最适合微型，精密，排列非常密集和热敏感材料的焊件如电子制造领域。激光焊接的真正作用是实现车身轻量化，降低制造成本。如果车身结构中有大量的点焊，将两个焊头夹在工件边缘上进行焊接，凸缘宽度一般需要16毫米，而激光焊接是单边焊接，只需要5毫米。有研究表示，如果最大程度应用激光焊接技术，每辆车可以节省多达40公斤的钢材。用传统点焊焊接两片0.8毫米的钢板冲压件，平均焊接频率是20点/分钟，焊距是25毫米，因此焊接速度为0.5米/分钟，而用激光焊接后速度可以达到5米/分钟以上。 对车友而言，结论性的就是激光焊接并不会对整个车身强度起到决定性的作用，车身激光焊接的优势更多的是表现在车身轻量化，降低制造成本和提高生产效率上。

1、激光焊接

激光焊接是以可聚焦的激光束作为焊接能源。当高强度激光照射在被焊材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化，从而达到焊接的目的。一般要根据被焊材料的光学性质（如反射和吸收）和热学性质（如熔点、热传导率、热扩散率、熔化潜热等）来决定所使用的激光的功率密度和脉宽等。对普通金属来说，光强吸收系数大约在105～109厘米-1数量级。如果激光的功率密度为105～109瓦/厘米2，则在金属表面的穿透深度为微米数量级。为避免焊接时产生金属飞溅或陷坑，要控制激光功率密度，使金属表面温度维持在沸点附近。对一般金属，激光功率密度常取105～106瓦/厘米2左右。

2、三轴扫描激光焊接

【摘 要】本文对Invar36合金激光焊接过程进行了ansys仿真，验证了激光焊接具有高功率密度，较小的热影响区，较大的焊接深度，较窄的焊缝等优势，能够实现低应力及低变形焊接。

【关键词】激光焊接；invar36合金；ansys仿真

1 引言

Invar36是C.E.Guilleaume发现的FCC-γ相组织结构的合金。这种合金以其非常低的热膨胀系数而备受关注[1]。该合金一般应用在一定温度范围内对膨胀尺寸要求非常严格的场合，如何更好的焊接invar合金成为一个亟待解决的问题。

激光焊接是迅速的且非平衡的热循环过程，在焊缝附近存在很大的温度梯度，在焊缝处同样存在残余应力和不同程度的变形，上述这些情况都是影响焊接质量和使用性能的重要因素[2]。因此了解焊接过程中温度的变化对也焊接质量和焊接结构具有重要意义。但是传统焊接过程中的温度测量是相当困难的，激光焊接过程中的温度测量就更困难了。为了了解焊接过程中温度场的变化，我们借助了计算机和分析软件采用了数值模拟分析的方法对焊接过程进行仿真[3-5]。

2 建立模型

模型基于以下热传导微分方程：

材料属性随温度变化，高温材料属性通过内插值原则获得。材料熔融状态下的潜热通过热焓的方式计算。

【摘要】：焊接技术运用范围很广，由于价格等原因数控激光焊接使用还在推广中，通过对压力容器的焊接，感受到数控激光焊接的前景很广阔。他不仅可以提高产品的加工质量，还大大减轻了工人的劳动强度。激光焊接机的形式多种多样，一般根据客户的要求按需定制，原理大同小异。难度在工艺参数调节上，如何在一定的情况下，可以加工出更高质量的产品。

【作者单位】：浙江万亨机械制造公司新技术研发车间

【关键词】：数控激光焊接机组成 原理 工艺

中图分类号： P755.1 文献标识码： A 文章编号：

当前我国已经成为名副其实的工业大国，钣金行业的发展势头很迅猛，在市场中占有的地位和分量也越来越重要，不仅给我们的企业带来了庞大的经济利益，也给我们居民的生产和生活带来了便利。这个跟我们生活密切相关的相对金属机加工比重仅占20%-30%的行业，将会随着工业的发展扮演着重要的角色。提到钣金大家都会想到板材的折弯、冲压和激光切割，因为他们是钣金车间必备的三大设备。然而仅这些设备已经不能满足高端产品的生产能力了，当生产能力需求提高，精度要求提高，加工难度增加及特殊产品性能的需求，更重要的是可观的利润，那么便产生了数控激光焊接。

现代激光焊接主要用机汽车钣金行业，一些特殊行业及加工要求高的地方。数控激光焊的产生源机制造，比起传统的焊接技术，激光焊接拥有精度高，无需焊材等显著优势，通过激光焊接技术中国的空客A380节省了铆钉重20吨之多，这20吨载重全部换成了座位数，使得能耗大幅降低。轿车的车身框架通过激光焊接出完美的外观，压力容器的薄板焊接从而达到意想不到的效果等等，数控激光焊接在钣金行业中将扮演着重要的角色。

既然有着重要的角色，那么利润也是可观的，在钣金加工中，当前市场上冲压加工可以达到30%左右，激光切割大约50%，然而物以稀为贵激光焊接利润在100-150%以上，随着市场的进步，我相信激光焊接在钣金加工中的市场份额将会越来越大。

数控激光焊接机的组成，首先从机械机构上来看，它有着和常规数控机床一样的CNC电器控制系统，机械床身结构，液压气压传动及毛坯定位装置等。然而不同的就是他的刀具系统了，传统的数控机床用的不同规格的刀具，而数控焊接机床的刀具仅为大功率激光发射器，它是激光焊接设备关键部分，区别与其他机床的核心部分。

摘 要：传统的焊接方法一般都有焊接温度高、工艺过程复杂、焊接条件苛刻等特点，激光焊接以激光束为能源，冲击在焊件接头上。激光束可由平面光学元件导引，随后再以反射聚焦镜片或元件将光束投射在焊缝上。激光焊接能量集中使得线能量小、热影响区窄、焊接变形小，可以实现用小功率激光器焊接厚大的零件，同时能够改善焊缝质量，获得硬度和塑性较好的焊接接头，成为许多材料焊接成形的重要手段。

关键词：激光焊接；焊接性能

中图分类号：TB756 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）32-0016-03

传统的焊接方法一般都有焊接温度高、工艺过程复杂、焊接条件苛刻等特点，特别是高的焊接温度，容易带来许多问题，如对材料的物理性能（如热膨胀系数）的不匹配更为敏感，或者可能引起工件变形甚至材料的有些性质（如光学性质）丧失或改变。对于非金属材料的连接，传统的方法有钎焊、热压扩散焊等。现在又发展了许多新技术，包括摩擦焊、电子束焊接、超声波焊接、中性原子照射法等。比如对玻璃与金属的封接，传统的方法采用熔接或者胶接。熔接温度高、接头应力高，而胶接连接强度不高、不耐腐蚀、容易老化等。

现代激光焊接技术已经有了较大的发展，激光焊接是一种利用激光束与材料相互作用的原理来实现材料固态连接的一种焊接方法，在某种程度上可以克服一些传统方法存在的问题。

1 激光器

1960年，世界上的第一个激光束利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达10～6瓦，但仍属于低能量输出。使用钕（Nd）为激发元素的钇铝石榴石晶棒（Nd：YAG）可产生1～8 kW的连续单一波长光束。YAG激光波长为1.06 um，可以通过柔性光纤连接到激光加工头，设备布局灵活，适用焊接厚度0.5～6 mm的焊接件。使用CO2为激发物的CO2激光（波长10.6 um），输出能量可达25 kW，可做出2 mm板厚单道全渗透焊接，工业界已广泛用于金属的加工上。

激光焊接属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。激光束可由平面光学元件（如镜子）导引，随后再以反射聚焦镜片或元件将光束投射在焊缝上。激光焊接属于非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以防止熔池被空气氧化，填料金属偶有使用。激光焊可以与MIG焊组成激光MIG复合焊，实现大熔深焊接，同时热输入量比MIG焊大为减小。

1原有工艺存在的缺点

1.1焊接光斑大

由于焊接区域很小，在实际生产过程中，放置产品的位置存在一定误差，为了保证焊接光斑不偏离焊接区域，就需要焊接光斑尽量小。经过大量实际生产验证，焊接光斑直径在0.4mm以下可以很好地解决上述问题。这就需要对激光器的光路部分进行改造，在减小焊接光斑的同时保证光束质量不变。

1.2焊接良品率低

手机扬声器弹片焊接的具体需求为：

（1）焊接拉力大于10N；

（2）不能击穿下层材料；

（3）光斑不能大于0.4mm。通过以上三个指标评价产品的良品率，不良品率应低于2%。在原有配置（激光棒直径7mm，传导光纤芯径400μm）条件下，不良率高达5%以上。

【摘要】本文对顶盖激光钎焊工艺的工艺特点进行了介绍，阐述了产生焊接缺陷的原因，并提出了解决措施。在实际生产中由于相关因素的变化过于频繁，导致焊缝缺陷时有发生，给生产和质量控制带来困难，气孔、“咬边”和焊缝填料不连续为常见的焊接缺陷类型。

【关键词】激光;焊接;咬边

激光焊接是汽车生产中新兴的焊接领域，将光学加工应用于金属加工领域，为薄板焊接开辟了新的领域，通过激光的薄板焊接降低了汽车车身的质量，增加汽车车身的强度，同时也改善了汽车零件加工的焊接工艺，提供了新的解决思路。随着激光焊接设备成本的进一步降低和白车身激光焊接的推广，激光焊接将会逐步应用于汽车制造的各个领域，成为汽车焊接新的发展方向。

一、白车身顶盖和侧围激光钎焊工艺特点

在激光钎焊焊接过程中，送丝机构驱动填充焊丝以一定的角度向焊接区激光束的焦斑位置输入。焊丝一部分被激光束照射直接熔化;一部分由激光熔化母材（即侧围和顶盖板材）诱导的等离子体加热熔化。熔化的焊丝和坡口两侧熔化的母材一起形成熔池。

白车身顶盖和侧围所采用的一般为电镀锌薄钢板，型号为DC06 ZE50/50 BPO。由于镀锌的熔点在420℃左右，采用的钎料Cusi3在910℃左右，而钢的熔点在1535℃左右，因此，采用传统的电阻点焊直接熔化母材将造成镀锌层的破坏，降低车身的耐腐蚀性。激光钎焊焊接将以其热量集中、快速焊接的优点，熔化钎料的同时，对熔池周围板材的热影响较少，很好地保护了板材的镀锌层。钎料Cusi3的采用，在汽车白车身焊接工艺激光钎焊系统中较为普遍，因此激光钎焊焊接通常称为激光黄铜钎焊（Laser brazing）。

送丝方式则采用前置送丝方式，即送丝相反于熔池方向，其优点在于送丝入池可靠性较好，而且对接坡口对焊丝具有导向左右，利于坡口上下和左右的偏差。同时，为了弥补顶盖和侧围错位误差，常采用激光自适应镜头，以便消除焊丝对坡口Y/Z偏差的影响。在高速钎焊接时，需要较高的功率密度和送丝速度，很容易造成钎焊质量的不稳定性。此外，由于激光焊成本较高，通过单纯提高功率来提高钎焊速度并不利于生产的经济性。通常简单施加一个额外的热源，可以在现有的激光功率下提高钎焊速度。通常将此种焊接方式称之为辅助电流激光钎焊。

二、激光钎焊焊接缺陷介绍

【摘 要】本文主要介绍了激光焊接工艺中的各个设备间的参数匹配，保证了各个环节的稳定性和，才能得到合格并稳定的焊缝质量。

【关键词】激光钎焊；工装夹具；送丝设备；保护气体

车身顶盖和侧围激光钎焊以光束传输热源，熔化钎料，连接两基材，此种焊接方式较传统激光钎焊需要更为严格的工装夹具，以保证车身拼配，达到稳定的接头间隙，以利于形成稳定的焊接接头。与此同时，对涉及焊接系统内的激光焊机、焊接镜头、送丝系统和保护气体等设备的稳定性要求甚高。因此，激光钎焊焊接工艺影响因素和此系统内的各个设备息息相关，只有匹配好各个设备间的运行参数和焊接工艺要求，并保证逐个环节的稳定性，才能得到合格并稳定的焊缝质量。

1 工装夹具和板材匹配

顶盖和侧围的搭接属于卷接方式，且在X、Y、Z直线系内均需保证一定的功能尺寸定位和车身匹配。侧围和顶盖的车身定位在Y向需要采用电机带动直线和回转类工装夹具进行定位和夹持固定，机械化的传动方式涉及气动传动、液压传动和电力传动等；在Z向需要对顶盖进行下压，以保证和侧围的贴合度，采用了真空阀传动方式。激光钎焊的完成借助于SEF机器人，其重复定位达到0.02mm，机器人焊接任务的完成相对于夹具属于变位置焊接，因此，对变位机械夹具应具备如下性能：变位机械需要有较宽的调速范围，稳定的运行速度以及良好的结构刚度；直线传动过程中需要稳定的滑道系统，并有自锁和软性缓冲功能；与焊接机器人和精密焊接作业配合的传动机构的重复定位精度控制在0.02至0.05mm之间；良好的水、电、气连接和防护措施；整个结构要有良好的密闭性，以免焊接飞溅物对滑道和汽缸拉杆造成损伤；顶盖和侧围焊接区域干净整洁无异物，防止因灰尘造成熔池污染或损伤焊接镜头镜组和真空吸盘；夹具夹头（夹爪）在X、Y、Z方向可调，便于增减垫片，针对弧形薄板接触夹头采用硬树脂材质，减少接触冲击力，防止零件变形；应满足导线接地、隔磁和绝缘等方面的特殊要求。

除上述要求外，焊接夹具的设计原则和其他机械设计原则一样，首先必须使焊接机械装备满足工作职能的要求，在这个前提下还应该满足操作、安全、外观、经济上的要求。

2 激光功率和送丝设备

固体激光器光束可以通过光缆进行远距离传输，将激光焊机和焊接工位分开以保证焊接工位封闭对操作人员的安全，这一优点正是该类型激光器得以广泛地应用于汽车行业的原因。焊接过程中金属对激光的吸收与激光波长、材料性质、温度、表面状况、偏振特性等一系列因素有关。

【摘 要】 随着可持续发展观念的倡导与相关政策的执行，工业发展对环保、高效、自动化的需求也越来越高。目前，激光焊接已经成为激光加工材料加工技术应用的重要组成部分。现如今，激光焊接已广泛应用于制造、冶金、汽车、电子、生物医学、航空航天、塑料加工等领域。本文通过对焊接技术中激光焊接技术的应用领域进行调查分析，希望对激光焊接技术的研究现状与应用领域有一个深层次的了解。

【关键词】 激光 焊接技术 现状 应用

激光焊接已逐渐受到人们关注，激光焊接技术拥有高精度、高质量、低变形、高速度和高效率的特点。1970年以后，随着金属铝等焊接物质的研制成功，激光焊接技术在其他领域中也得到推广和应用。尤其是在制造业，冶金业以及生物医学方面应用较为广泛。后来，随着航天技术的发展，激光焊接技术逐渐被应用到了航天领域。

1 国内外焊接技术中激光焊接技术的研究现状

1.1 国外激光焊接技术的研究现状

目前国外的激光焊接技术已比较成熟，以美国为首的发达国家非常注重激光焊接技术的发展状况。将激光焊接技术列入国家的发展计划当中，并投入大量资金用于激光焊接技术的研究与人员的培训。发展过程中也注意传统产业的优势，做到激光焊接技术与传统产业相结合。由于发展比较早，目前发达国家的激光焊接技术存在很多优势，主要有，热影响区极小，而且焊接过程中无热损伤的现象，焊接速度比一般的烙焊要快10-100倍。焊接点极小，最大程度的避免了杂质的污染和腐蚀程度，此外，焊点的抗裂性能也非常高。

1.3 国内激光焊接技术的研究现状

国内焊接技术由于起步比较晚，发展也相对缓慢。近年来，由于政策的要求以及环保的需要，激光技术才逐渐被广泛应用。对激光焊接的研究也主要集中在激光焊接的形成机理、检测、分析、控制等。一些高校也逐渐开展激光焊接的相关课程，比如通过分析超细粒钢的焊接性及激光焊接的特点，进行了400MPa和800MPa种超细晶粒钢的激光焊接试验。目前国内对于高强度的激光焊接焊性方面的研究还存在很多不足的地方，缺少很多相关数据，还需要培训更多的专业人员进行深入研究。