激光焊接

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激光焊接范文第1篇

【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。

CNC电器控制部分，通过电路与可编程控制器PLC来完成，所有的用于生产的简单的数据调节可以通过开关的形式安装于操作面板，以便于操作师傅，方便的调节相关参数来实现一些加工功能，比如对不同厚度板材的加工及不同产品阵列孔距的参数调节等。

机械床身结构部分，根据不同的需求来制造不同的规格形式的床身。汽车飞机行业的焊接，我们可以设计成三维形式，多方向联动的一个床身机构，实现三维曲线的焊接，在一些平面型的板材焊接加工，我们可以做成两个方向联动床身结构，当然这些在造价上有很大的差距。与常规数控机床相比，在工作台上有些区别，数控激光焊，要在工作台上做一个程序路线的模板，防止板材焊接到了工作台上。

液压气动部分，是现代机床普遍采用的一种传动形式，这样使得机床在传动和夹紧上更平稳，更强固。激光焊重要的一个特性是待焊接的两块板子的合拢性，在焊接的时候，由于没有焊料，是通过两块板材瞬间溶解再凝固的原理来实现焊接的，于是在板材的夹紧和自动化传递上，更体现出它的重要性来。

激光焊接的主要介质是激光，也就是我们普通数控机床的刀具，普通的数控机床刀具的种类繁多，工艺易于实现，而激光焊接机床介质单一，但是为了适应不同的工艺，我们要在理论数据的基础上，实践中总结一些达到工艺要求的技术参数。激光焊接关键是大功率激光器，主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝柘榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车工业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10.6μm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2-5千瓦之间。

激光焊接机的工作原理是应用激光器产生的波长为1064nm的脉冲激光经过扩束、反射、聚焦后辐射加工件表面，表面热量通过热传导向内部扩散，通过数字化精确控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池，从而实现对被加工件的激光焊接，完成传统工艺无法实现的精密焊接。

激光焊接的工艺参数包括功率密度，激光脉冲波形，激光脉动宽度，激光的焦距调节。

功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。因此，在传导型激光焊接中，功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。

激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

凸透镜焦距调节对焊接质量的影响很大，因为激光焦点处功率过高，容易蒸发成孔，就会形成切割效应了，离开激光焦点的平面上，功率密度分布相对均匀。焦距调节有两种情况，正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。在实践中得知，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现瞬间汽化，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。

在温度的影响下，凸透镜会受到热胀冷缩的影响，于是在常规情况下焊接的效果会有很大的变化，当焊接一段时间后，凸透镜热涨之后他的焦距会变为负焦距，热量损失，熔池变化，影响焊接效果，甚至高温下击穿进而导致板材报废。于是我们在凸透镜的冷却上寻求办法，可以通过水冷系统，使其处于常温状态下，在车间内安装制冷系统，使其温度平衡。

数控激光焊接，热影响区域小，变形率很低，焊接深度达，牢固，充分融合，可焊接硬质材料，准确率高；在惰性气体保护下不会出现氧化，使得焊缝质量更好；可以实现自动收弧的功能，无气孔沙眼，广泛运用于碳钢，合金钢，不锈钢不同钢材之间的焊接。

在焊接的焊透性反馈功能上和激光功率反馈自调性上能有新的突破，将会给激光焊接工业的发展带来更精湛的发展。

【参考文献】： 1.《光机电信息》2007年 第11期

2.《现代激光焊接技术》2006年 陈彦宾编著 科学出版社

激光焊接范文第2篇

关键词：激光焊接技术 种类 特点 方法应用

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光指在能量相应于两个能级能量差的光子作用下，诱导在高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。其产生的基本条件包括泵浦源、激活介质和谐振腔等。激光具有方向性好、单色性好、相干性好和光脉冲可以极窄的特点。

激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一。激光焊接技术的发展历经了固体受激物质气体受激物质固体受激物质、脉冲激光焊接连续激光焊接、低功率高功率、薄板厚件、低速高速、低频高频及低效高效的历史。激光焊接技术以其独具的深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化等优点，在各种加工制造业中得到了高度重视。

1 激光焊接技术

激光焊接是以高功率聚焦的激光束为热源，熔化材料形成焊接接头的高精度高效率焊接方法。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，当高强度激光束照射在材料表面上时，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。一般要根据金属材料的光学性质（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105～109cm-1数量级。如果激光的功率密度为105～109瓦/cm2，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/cm2左右。

1.1激光焊接技术的种类

激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两大类。脉冲激光焊特别适用于对电子工业和仪表工业微形件的焊接，可以实现薄片（012mm以上）、薄膜（几微米到几十微米）、丝与丝（直径0102）012mm）、密封缝焊和异种金属、异种材料的焊接，如集成电路外引线和内引线（硅片上蒸镀有118Lm的铝膜和50Lm厚铝箔间）的焊接，微波器件中速调管的钽片和钼片的焊接，零点几毫米不锈钢、铜、镍、钽等金属丝的对接、重迭、十字接、T字接，密封性微型继电器、石英晶体器件外壳和航空仪表零件的焊接等。

连续激光焊接主要使用大功率CO2气体激光器，适合于从薄板精密焊到50mm厚板深穿入焊的各种焊接。

1.2激光焊接技术的特点

激光焊接技术具有的优势主要集中在以下几个方面：

（1）能量密度大且放出极其迅速，在高速加工中能避免热损伤和焊接变形，可进行精密零件、热敏感性材料加工。

（2）被焊材料不易氧化，可以在大气中焊接，不需要气体保护或真空环境。

（3）激光可对绝缘材料直接焊接，对异种金属材料焊接比较容易，甚至能把金属与非金属焊接在一起。

（4）激光焊接装置不需要与被焊接工件接触。激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，还可用光导纤维将其引到难以接近的部位进行焊接。激光还可以穿过透明材料进行聚焦，因此可以焊接一般方法难以接近的接头或无法安置的接焊点，如真空管中电极的焊接。

（5）激光束不会带来任何磨损，且能长时间稳定工作。

1.3激光焊接技术不足之处

激光焊接也存在不足，包括激光器及用于激光束传导和聚集的附属系统成本过高，操作成本也很高，特别是需要大量昂贵保护气体（如氦等）的应用场合。激光束的紧密聚集、热量向工件的有效传递以及狭小的热影响区等优点，也带来了接头装配的难题，很小的组装偏差就会导致焊接条件较大的变化，甚至很窄的间隙（≤0.1mm）也能引起激光辐射耦合的缺陷和热效率的降低。高反射率材料（如铝、铜等）的激光焊接，如要减少反射，则需要仔细优化激光辐射的条件，必要时还需采用涂层材料。同时，这些金属的热导率较大，在焊接启动时应使用较高的激光能量密度，这有时会导致激光反射回激光器，从而引起光学元件的损坏。构件在焊接过程中的装配偏差也可能引起激光束具有危险性的反射。

2 技工焊接技术应用领域

2.1制造业应用

激光拼焊（Tailored Bland Laser Welding）技术在国外轿车制造中得到广泛的应用，据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条，年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。日本以CO2激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，无法熔焊，但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功，显示了激光焊的广阔前途。日本还在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修等，在国内苏宝蓉等还进行了齿轮的激光焊接技术。

2.2粉末冶金领域

随着科学技术的不断发展，许多工业技术上对材料特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。

2.3汽车工业

20世纪80年代后期，千瓦级激光成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。意大利菲亚特在大多数钢板组件的焊接装配中采用了激光焊接，日本的日产、本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺，高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用得越来越多，根据美国金属市场统计，至2002年底，激光焊接钢结构的消耗将达到70000t比1998年增加3倍。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点，激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在工艺方面美国Sandia国家实验室与PrattWitney联合进行在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究，德国不莱梅应用光束技术研究所在使用激光焊接铝合金车身骨架方面进行了大量的研究，认为在焊缝中添加填充余属有助于消除热裂纹，提高焊接速度，解决公差问题，开发的生产线已在奔驰公司的工厂投入生产。

2.4电子工业

激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。

激光焊接范文第3篇

【关键词】塑料；加工；激光；焊接

激光焊接技术是通过该运用激光束产生的热量熔化塑料接触面，最终把热塑性片材、薄膜和模塑零部件粘结在一起。塑料的激光焊接技术是在利用激光束与有机高分子物质的作用以此达到对塑料的焊接和处理等加工的目的。激光加工技术是一种包括光、机、电和材料等多门学科在内的综合技术。激光加工无需接触加工面便能进行焊接，不仅能完成各类形状复杂塑料的高精度焊接，不会存在刀具磨损和更换刀头等工序，速度快、噪声小，推广价值很大。将激光技术与计算机控制技术相结合，能更好的实现激光加工全自动化，其优势和应用价值相当大。

1.激光焊接技术的工作原理及其特点

塑料的激光焊接会在很大程度上与焊接材料相关。一般的激光焊接主要是通过激光透射焊接，一方面要求这个激光辐射能穿透零件，另一方面要求零件具有强列的吸收性能。在采用这种焊接技术的时候，要注意避免2个焊接件相互间的裂缝。在进行激光焊接时，吸收性的零件升温并且局部熔化，通过热传导将能量传递到透光的零件，通过外部的压力将2个零件紧密结合在一起。所吸收的近红外线激光转化为热能，将两个部件的接触表面熔化，最终形成焊接区。这种焊接方法能够形成超过原材料强度的焊接缝。

当前，我国市场上广泛运用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接等，主要是用在用于连接敏感性塑料制品、几何形状复杂的塑料件以及洁净度要求高的塑料制品上。

使用激光焊接技术来熔接塑料部件，具有很多其他传统方法不可比拟的优点：焊接缝尺寸精密、不透气及不漏水；激光焊接的接缝牢固且洁净，可以将很难连接的改性橡胶及玻纤填充的热塑性塑料进行焊接；能获得高精度的焊接件。在焊接的时候，树脂降解少，基本不会产生碎屑和飞边，部件表面能够精密连接；焊接设备不需要和被黏结的塑料零部件相接触，与其他熔接方法比较，大幅减少制品的振动应力和热应力；最小化热损坏和热变形，可以将不同组成或不同颜色的树脂黏结在一起；可焊接尺寸极小或外形结构复杂的零件，对有些复杂零件甚至可以进行“穿透焊接”；无振动技术能产生气密性的或者真空密封结构；能够将多种不同塑料焊接起来，而其他焊接方法有较大限制；设备自动化程度高，能方便用于复杂塑料零部件加工。非常适合运用在外形（甚至是三维） 复杂塑料品的焊接上；能够焊接其他方法不易达到的区域。

因为激光焊接具有上述众多优点，因此尤其适合运用在对于清洁焊接方式要求高的焊接加工中，如可以运用在含线路板的塑料制品和医疗设备中。

2.塑料材料对激光焊接的适应性

激光焊接塑料材料必须对激光有吸收，否则就不能完成塑料的激光焊接。绝大多数本色的塑料和许多有色的半透明塑料都能采用激光焊接，例如聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）等材料。对于吸收率低的热塑性塑料，首先要选择合适的激光种类；二是在其中添加炭黑等激光增敏剂，能有效提高塑料对近红外激光的吸收率。通过对各种塑料材料对激光反射率和透过率的研究，可以解决激光焊接塑料的材料等问题。

激光焊接方式并不是适用于所有的材料，在以下材料中不适宜适用：高性能聚合物，如PPS，聚（PEEK）和LCP等材料中，因为这些材料对于近红外光的透射率很低，不适合适用激光焊接方式；如果两种材料中都有炭黑时，因为二者都为黑色，就不能焊接在一起。同时，两种对近红外线激光都透射的材料（通常是透明的或者白色的），因为会很少的吸收近红外光，不能使用激光焊接。而在很多工业塑料上，这些产品都要求透明。由于许多矿物填充的化合物能够吸收近红外线激光，所以通常不适合用激光焊接。高填充的玻纤增强物能够改变近红外线激光的透射率，降低焊接效率。不过原料供应商的配方中的玻纤含量通常不会超过这个限度。

3.激光焊接技术的运用

激光焊接技术起源于20世纪70年代，但是它的造价比较高，不能与更早的振动焊接技术、热板焊接技术相竞争。但是，在20世纪90年代中期，激光焊接技术所需要的设备费用大大降低，这种技术慢慢的真正走进工业应用当中，并被人们所认可。

塑料的激光焊接技术主要用于普通焊接技术难以适应的塑料制品（如高密度线路板）、形状复杂的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品（如医药设备、电子传感器等）等。激光便于计算机控制，采用光纤激光器输出激光束可使激光灵活地达到零件各个微小部位，能够焊接其他焊接方法不易达到的区域。传统焊接技术无法焊接的异型塑料也有机会加以良好焊接，如用激光可将能透过近红外激光的聚碳酸脂（PC）和30% 玻纤增强的黑色聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）焊接在一起，而其他的焊接方法根本不可能将2种在结构、软化点和增强材料等方面如此不同的聚合物连接起来。

激光焊接技术被广泛运用在被黏接的非常精密的塑料零部件材料（如电子元件）或要求无菌环境（如医疗器械和食品包装）中。激光焊接技术速度快，特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。另外，可以将激光焊接技术运用在那些很难使用其它焊接方法黏接的复杂的几何体中。目前国内使用的塑料焊接技术主要有热熔焊接、高频焊接、振动摩擦焊接及超声波焊接等。塑料的激光焊接技术在欧美发达国家已经得到了一定程度的应用。我国这方面的技术尚在起步阶段。

近年来，激光二极管广泛用于焊接及塑料的连接。激光焊接已用于制造汽车传感器、调速控制箱及薄壁医用管的精细焊接。激光焊接要求所焊接的2种塑料对同一波长的光有不同的反应，其中一种材料对激光必须具有穿透力，而另一种必须可被激光吸收，激光从上方接合处的穿透性元件传到下方可吸收元件，这样辐射能量就被转化成局域性的热能，此热能导致塑料的熔化。而透明塑料部位的熔化是通过与非透明材料的接触性热传导所致。在外部夹具的施压下，由局部加温而产生的焊接处热膨胀可形成牢固接缝。

4.激光焊接技术几种主要方法

根据激光器随塑料零件移动方式的不同，可把激光焊接技术（方法）分成四种类型：

4.1顺序型周线焊接

激光沿着塑料焊接层的轮廓线移动并使其熔化，将塑料层逐渐黏结在一起；或者将被夹层沿着固定的激光束移动达到焊接的目的。

4.2同步焊接

激光束经自适应光学系统或光纤，使光能均匀地分布在整个焊缝结构上。由于使用的装置很复杂，这种技术通常仅限于大批量焊接较大零件使用。

4.3准同步焊接

该技术综合了上述两种焊接技术。利用反射镜产生高速激光束（至少10m/s的速度），并沿着待焊接的部位移动，使得整个焊接处逐渐发热并熔合在一起。

4.4掩模焊接

激光束通过模板进行定位、熔化并黏结塑料，该模板只暴露出下面塑料层的一个很小、精确的焊接部位。使用这种技术可以实现小于10m的高精度焊接。

总之，激光技术发展到今天已经成为一门综合性科学，并可大大加快塑料产品研发的速度，使塑料生产企业获得更大的市场主动权。随着塑料工业的发展，激光技术的大规模应用无疑会给塑料工业带来革命性的影响，对于激光产品提供商来说，更是一种难得的机遇，也必然会推动激光技术的进一步发展。

【参考文献】

[1]庞振华，宋杰，杨绍奎，马跃新.激光塑料焊接技术及其典型应用[J].机电工程技术.2010（4）：17-19.

激光焊接范文第4篇

[关键词]激光焊接；工作机理；工艺参数

中图分类号：TN249 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0370-01

一、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。

二、激光焊接的工艺参数

1、功率密度

单位面积内激光功率称为功率密度，它直接影响材料的升温时间，激光功率越大，材料表面温度升得就越快。高功率密度在切割、打孔等材料去除加工中得到广泛的应用。低功率密度易形成良好的熔融焊接，在传导型激光焊接中，其数值控制在104～105W/cm2。

2、激光脉冲波形

当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60～98%的激光能量反射而损失掉，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。一个激光脉冲讯号过程中，金属的反射率随时间而变化。当材料表面温度升高到熔点时，反射率会迅速下降，当表面处于熔化状态时，反射稳定于某一值。

3、激光脉冲宽度

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数，。脉宽由熔深与热影响分区确定，脉宽越长热影响区越大，熔深随脉宽的1/2次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率，因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式，形成的焊缝尺寸宽而浅，尤其适合薄板和厚板的搭接焊。但是，较低的峰值功率会导致多余的热输入，每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。

4、离焦量

激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上的功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状有一定差异。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。

5、焊接速度

焊接速度低会使焊接材料过度熔化，从而导致工件焊穿，而焊接速度过快又会使焊接的熔深过浅。所以在现实生产中对特定材料的厚度和激光功率有一个合理的焊接速度范围。

三、激光焊接工艺与方法

1、双/多光束焊接

双/多光束焊接的提出最初是为了获得更大的熔深和更稳定的焊接过程和更好的焊缝成形质量，其基本方法是同时将两台或两台以上的激光器输出的光束聚焦在同一位置，以提高总的激光能量。后来。随着激光焊接技术应用范围的扩大，为减小在厚板焊接，特别是铝合金焊接时容易出现气孔倾向，采用以前后排列或平行排列的两束激光实施焊接，这样可以适当提高焊接小孔的稳定性，减少焊接缺陷的产生几率。

2、激光-电弧复合焊

激光-电弧复合焊是近年激光焊接领域的研究热点之一。该方法的提出是由于随着工业生产对激光焊接的要求，激光焊接本身存在的间隙适应性差，即极小的激光聚焦光斑对焊前工件的加工装配要求过高，此外，激光焊接作为一种以自熔性焊接为主的焊接方法，一般不采用填充金属，因此在焊接一些高性能材料时对焊缝的成分和组织控制困难。而激光一电弧复合焊集合了激光焊接大熔深、高速度、小变形的优点，又具有间隙敏感性低、焊接适应性好的特点，是一种优质高效焊接方法。激光与电弧复合焊的方法包括两种，即旁轴复合焊和同轴复合焊。旁轴激光电弧复合焊方法实现较为简单，但最大缺点是热源为非对称性，焊接质量受焊接方向影响很大，难以用于曲线或三维焊接。而激光和电弧同轴的焊接方法则可以形成一种同轴对称的复合热源，大大提高焊接过程稳定性，并可方便地实现二维和三维焊接。

四、激光焊接技术在封装塑料中的运用

塑料的激光焊接技术主要用于普通焊接技术难以适应的塑料制品（如高密度线路板）、形状复杂的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品（如医药设备、电子传感器等）等。激光便于计算机控制，采用光纤激光器输出激光束可使激光灵活地达到零件各个微小部位，能够焊接其他焊接方法不易达到的区域。传统焊接技术无法焊接的异型塑料也有机会加以良好焊接，如用激光可将能透过近红外激光的聚碳酸脂（PC）和30%玻纤增强的黑色聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）焊接在一起，而其他的焊接方法根本不可能将2种在结构、软化点和增强材料等方面如此不同的聚合物连接起来。

激光焊接技术被广泛运用在被黏接的非常精密的塑料零部件材料（如电子元件）或要求无菌环境（如医疗器械和食品包装）中。激光焊接技术速度快，特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。另外，可以将激光焊接技术运用在那些很y使用其它焊接方法黏接的复杂的几何体中。目前国内使用的塑料焊接技术主要有热熔焊接、高频焊接、振动摩擦焊接及超声波焊接等。塑料的激光焊接技术在欧美发达国家已经得到了一定程度的应用。我国这方面的技术尚在起步阶段。

近年来，激光二极管广泛用于焊接及塑料的连接。激光焊接已用于制造汽车传感器、调速控制箱及薄壁医用管的精细焊接。激光焊接要求所焊接的2种塑料对同一波长的光有不同的反应，其中一种材料对激光必须具有穿透力，而另一种必须可被激光吸收，激光从上方接合处的穿透性元件传到下方可吸收元件，这样辐射能量就被转化成局域性的热能，此热能导致塑料的熔化。而透明塑料部位的熔化是通过与非透明材料的接触性热传导所致。在外部夹具的施压下，由局部加温而产生的焊接处热膨胀可形成牢固接缝。

五、结语

总之，通过多年的激光焊接技术的研究与开发，逐步建立了生产、研究、开发相结合的激光焊接发展体制，并在个别的技术环节和应用方面取得了一定的研究成果。未来，激光焊接技术在民用领域的应用也将更加广泛，从而进一步推动社会的发展和进一步，为全人类造福。

参考文献

激光焊接范文第5篇

[关键词]汽车；激光焊接；缺陷

中图分类号：TG456.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0257-01

0.引言

在近几十年的时间里，激光应用技术得到了飞速的发展。德国大众汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接白车身顶盖与侧围、侧围、车门等钣金焊接。激光作为一种优异的材料加工热源得到了越来越广泛的应用，其范围也日益广泛。从电子工业到机械制造领域，激光加工技术变得越来越成熟。在汽车制造领域，激光加工技术得到了广泛的应用和发展。其中激光熔焊、激光钎焊技术正是在白车身制造的推动下开发出来的一项新的连接技术。

1.汽车白车身的激光焊接原理

汽车白车身的焊接是汽车生产过程中的一个重要环节，白车身的焊接质量直接关系到整车的质量和使用寿命，关系到车主的人身财产安全，因此在焊接过程中，一定要保证白车身的焊接质量，只有这样才能从根本上保证白车身质量。激光焊接技术就是利用激光束作为能源照射所要焊接的地方，使所要焊接的地方产生热量以此对白车身进行焊接。这是因为激光了易产生极高的热量，同时激光束也可以集中在一点上，产生更好的焊接效果。现阶段，激光焊接主要有两种基本方式，一是传热焊接，二是深熔焊接。传热焊接法是焊接时白车身金属材料吸收激光产生的能量，通过热传递方式使将热量由表面传递给金属内部，焊接时表面和内部金属熔化，形成一定量的熔液，熔液凝固后将两个部件连接在一起。深熔焊接法是，材料表面吸收激光气化，熔化的金属在气化产生的压力下被挤到周围，形成一个小孔，这样随着激光在焊接件上的移动熔化的金属会回流到小孔中，最终将两部分焊接在一起。

2.激光焊接的功能和特点

某品牌汽车是国产技术领先、品质优良的高档豪华轿车，是高科技的结晶。主焊线白车身的侧围与顶盖的焊接采用激光焊，使白车身的焊接质量大幅度提高，为该汽车公司生产品质卓越的高级轿车提供了保证。以该车型为例，具体说明其特点：

2.1激光熔焊及激光钎焊的特点

（1）激光熔焊的特点。a.功率密度高，加热集中，焊缝热影响区小；b.获得较小的焊缝宽度；G直线性好，可以焊接一般焊接方法难以达到的部位，传播距离长；d.可以焊接难熔的材料；e.一台激光焊机可以用于多个T位的焊接；f.激光对焊接接头具有“净化作用”，使焊缝金属强度高、韧性好、机械性能好；g.激光焊的缺点是有焊缝腐蚀的危险；h.激光焊接动作均由机器人完成，实现了精确定位的同时，也使得生产时间缩短30%。（2）激光钎焊主要特点。a.激光钎焊焊接速度快，噪声小；b.可精确调节和控制热输入，热影响区和变形小，可以焊接特殊结构；c.可钎焊几何形状复杂的工件；热输入更低，镀锌层烧损更少；d.焊缝成形美观、质量稳定，焊后仅需简单处理甚至无需处理；e.通过外光路系统可以使光束改变方向和传播路径，因而可以方便的与机器人连接构成柔性加工系统；f.由于在激光填丝钎焊时被连接件问的间隙被渗透.焊缝具有防腐性。当采用适当的工艺参数，焊缝可不经处理进行油漆。

3.影响激光钎焊质量的因素影响

3.1主要缺陷。（1）毛孔：正常的毛孔（比微小毛孔大）的直径最大不超过1.0mm。当毛孔的直径小于0.2mm时就是微小毛孔；当毛孔的直径大于1.0mm，就被称为空洞。（2）熔焊型焊缝：在焊缝中没有焊料，焊缝的样子就像是激光熔焊焊缝。（3）低劣的焊料连接：焊条未在加工件的侧面连接起来。在焊缝连接的位置处，焊缝看起来“散成一缕缕的”。（4）焊料的单面连接：焊料只与一个侧面连接了起来。（5）香肠现象：加工件没有连接起来，在焊缝处焊料笔直地伸展堆积。（6）焊缝不规则：焊缝塌陷或凸起。（7）鳞状堆积：焊缝表面不光滑，显得很粗糙。（8）焊缝开头/焊缝结尾问题：在加工件的边缘会出现焊缝填充不足或过剩的现象，或者是在轨迹上发现有未熔化的焊条残余。

3.2白车身生产中质量缺陷产生的可能原因

（1）激光设备的原因：脏了的保护玻璃镜片或激光器中老化的弧光灯都会降低激光的功率。（2）激光的焦点位置不正确。当激光焦点的直径太小时，太多的激光能量被集中在焊条上，因此使焊料变得过热，而同时加工件的侧边却没有得到足够的加热，这样焊料就不容易流到加工件的缝隙中去。而激光焦点的直径太大时，激光能量不集中，焊不牢。（3）焊条的原因：焊条预热温度错误；焊条材料合金成分改变（这样就有可能不符合加工要求）；焊条引导的速度不恒定或是与激光设备加工头速度不相符。（4）其它辅助设备的原因：由于熔液的凝固而引起的气体分子的泄漏。由于程序给定错误的进给速度或是机器人速度出现波动。（5）间隙尺寸：被焊接零部件之间的间隙尺寸超过激光设备要求。

4.汽车激光焊接的质量控制对策

（1）设备保养。在汽车激光焊接的质量缺陷及影响的因素中，提到了大多数质量缺陷都是由于设备故障造成的，因此日常的设备保养和维修显得尤为重要。以下总结了激光设备保养的几个要求：每天检测保护玻璃镜片，对损坏的镜片及时更换。每天需清理夹具的焊接飞溅残留物并紧固夹具的固定螺栓。每周检查激光器中的弧光灯，及时更换老化的弧光灯。对一些辅助设备例如机器人、送丝机构等等都需进行一些日常保养。（2）焊接工件的尺寸精度要求。激光焊对焊件装配精度要求也非常高，如工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺陷，所以良好而精确的夹紧技术是激光焊接的保证。普通焊接对被焊接零件间的配合间隙要求在2mm左右，而激光焊接理想的情况是配合间隙越小越好，通常在白车身生产中以被焊接零件间的配合间隙0.2mm来控制。（3）白车身功能尺寸的质量控制。根据现场白车身激光焊接质量控制经验，成立一个尺寸小组对影响激光焊接质量的关键尺寸进行监控是很有必要的。尺寸小组由测量部门、生产部门、质保部门、样板部门组成。小组成员定期召开尺寸会议讨论并解决出现的尺寸偏差。测量部门需每天对关键尺寸进行测量并提供相应的报告，生产部门需及时的反馈信息，质保部门对产生的质量问题进行判定，并协同样板部门制定解决方案。激光焊质量检测手段为了保证焊缝质量，该公司采用多种方法进行检验，并制定详细严格的返修计划，以确保白车身的强度。