激光焊接技術(shù)原理及工藝分析

邱曉杰

（南京中科煜宸激光技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210046）

引言

激光焊接的定義是，它是一種以高能量密度的激光束為主要的能量源來進(jìn)行熱源釋放的一類所謂高效的并且精密的焊接方法。

一、激光焊接技術(shù)的操作原理

激光也就是由激光發(fā)生器所發(fā)射出的一些強(qiáng)烈的單顏色的光，這樣的光可以通過光纖進(jìn)一步傳導(dǎo)到一些特殊制備的透鏡之上來進(jìn)行聚焦的流程，從而進(jìn)一步使光束能夠聚焦在一點(diǎn)之上，并且可以集中對這樣的點(diǎn)進(jìn)行熱量的輸入。正是因?yàn)榧す馐倪@樣一種特性，因此單位照射面積能量有時(shí)候可以在這樣情況之下達(dá)到驚人的107 W／cm2 甚至還要往上。在這種大量的熱輸入的前提之下，整個(gè)物質(zhì)都會(huì)隨著熱金屬在溫度瞬間升高高于熔點(diǎn)的情況下開始進(jìn)一步的氣化，也就是這些所謂的金屬蒸氣都會(huì)在整個(gè)熔化的金屬之中進(jìn)一步生成一個(gè)小孔，這樣的物質(zhì)被我們稱作為匙孔。正式因?yàn)槌卓椎男螤钜话銜?huì)呈現(xiàn)出一種細(xì)長的狀態(tài)，因此在這種物質(zhì)形成后，激光束一般會(huì)在整個(gè)匙孔的內(nèi)部進(jìn)行很多次的反射，并且這些反射都會(huì)被進(jìn)一步的吸收，所以熔深也就因此得到了增加。經(jīng)過研究之后，我們發(fā)現(xiàn)，一般來說，如果激光器所產(chǎn)生的激光束的波長十分的純粹，不存在雜光的話，那么這些物質(zhì)的能量密度基本上都會(huì)穩(wěn)固在一個(gè)4×106W／cm2左右，這時(shí)也就會(huì)產(chǎn)生這樣的一個(gè)匙孔。在激光焊接的整個(gè)實(shí)施過程里，一般來說起到加熱作用的激光光斑對所需要加工的物件的實(shí)施加工都是集中式的，也就是說，這樣便可以讓工件在受到最少輻射的前提之下就完成我們對于焊接的要求下，這樣的操作最大的好處就是可以避免因被加工工件過度加熱而非常容易產(chǎn)生的變形。

二、激光焊接技術(shù)的工藝參數(shù)

在真正的操作流程里，激光焊接實(shí)際上確實(shí)是存在著一些比較重要的工藝參數(shù)的：

（一）焊接速度

首先就是焊接的速度，這種參數(shù)在很大程度上決定了在整個(gè)激光焊接的流程里，激光光斑在整個(gè)被加工物件之上所停留的時(shí)間段，以及整個(gè)光斑的移動(dòng)速度，如果每秒的輻射能量過于大，就會(huì)把整個(gè)的板材都穿透，風(fēng)險(xiǎn)很大；反之如果光斑移動(dòng)的速度太快，那么整個(gè)熔深就會(huì)變得非常淺，直接導(dǎo)致焊接的不充分。

（二）離焦量

在整個(gè)激光焊接的過程之中，離焦量其實(shí)是一個(gè)非常重要并且具有極大參考價(jià)值的參數(shù)，因?yàn)榧す獗旧砭褪切枰?jīng)過透鏡來進(jìn)行單色光的聚焦從而完成高能光斑的產(chǎn)生的，因此我們必須注意到，每個(gè)激光都需要一個(gè)焦點(diǎn)，而在這樣一個(gè)焦點(diǎn)的地方，它的功率密度一定是最大的區(qū)域。但是在真正操作的過程中，其實(shí)會(huì)依據(jù)這些事物本身不同的條件，將整個(gè)待焊的工件依據(jù)透鏡的光軸方向偏移，在偏移之后整個(gè)工件在光軸方向與焦點(diǎn)的距離我們就可以把它稱作是離焦量，離焦量在很大程度上決定著匙孔的一開始的直徑、整個(gè)熔池的對應(yīng)的擴(kuò)展速度以及整個(gè)焊點(diǎn)尺寸的多少。

三、激光焊接的工藝特點(diǎn)

（一）激光可以在非常短的時(shí)間里就到達(dá)一個(gè)很高的能量密度值，在這樣的一個(gè)焊接的流程之中，這樣的操作方式可以在最有效的時(shí)間段內(nèi)完成整個(gè)流程的布置，極大地提升了整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。

（二）我們利用激光的可反射以及可以偏轉(zhuǎn)的特殊性質(zhì)，通過使用棱鏡或者是反射鏡這樣的裝置將以這種途徑發(fā)射出來的激光束為導(dǎo)向進(jìn)行偏轉(zhuǎn)的步驟，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)激光束在所有角度完成的聚焦，并且可以利用整個(gè)光纖的傳導(dǎo)，將激光聚焦到一些普通的焊接裝置沒有辦法到達(dá)的一部分方位上，這樣的流程對整個(gè)的加工流程中的裝配來說都是極其有意義的。

（三）激光束可以通過聚焦的方式取得一種尺寸非常小的光斑，這種光斑結(jié)合整個(gè)焊接的機(jī)械手臂可以精準(zhǔn)地獲得一種有效的移動(dòng)定位，并且在這種情況下的對尺寸微小的精密工件的加工，往往相對于傳統(tǒng)的加工手藝來說要更加良好一些，這樣生產(chǎn)的生產(chǎn)效率會(huì)得到非常大的一個(gè)提升。

（四）激光束在很多情況下可以一次性被分成多種不同樣的次級(jí)激光束，這些被分裂的激光束可以完成對同一個(gè)工件的各種不同的位置進(jìn)行不同針對性的加工，這樣的加工方式不僅能夠保證在最后焊接的時(shí)候可以對整個(gè)精度有著極大的提升以及最有效的控制，這些都給精密的焊接模式提供了一些非常有效果的條件以及技術(shù)的支持。

四、激光焊接技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

因?yàn)槲覈恢敝匾晫φ麄€(gè)焊接技術(shù)的開發(fā)研究以及對整個(gè)工業(yè)激光器的發(fā)展有著高度的重視，因此這種技術(shù)在量產(chǎn)的焊接行業(yè)之中時(shí)被賦予了極其廣泛的使用的。國外的很多發(fā)達(dá)國家把激光焊接的技術(shù)直接應(yīng)用在一些航空工業(yè)等各種領(lǐng)域，已經(jīng)和這些領(lǐng)域達(dá)到一種比較好的融合，即將成為一種非常成熟的工業(yè)焊接手段。國內(nèi)對激光焊接這方面技術(shù)的研究主要還是在激光的焊接特性這一塊。我國工業(yè)制造的不斷發(fā)展，同時(shí)其中對于加工技術(shù)的高效化都可以變成是以后工業(yè)發(fā)展的重要的優(yōu)勢以及方向，而激光焊接技術(shù)本身和這樣一種技術(shù)又有著非常符合的地方。

五、結(jié)語

激光焊接技術(shù)是集激光技術(shù)、焊接技術(shù)等一系列技術(shù)為一體的一種綜合性廣泛的應(yīng)用技術(shù)。這樣的技術(shù)作為一種強(qiáng)力而新型的焊接技能具有非常強(qiáng)力的加工性能以及非常強(qiáng)的適應(yīng)性，同時(shí)還配備了無比先進(jìn)的質(zhì)量檢測能力，也就是說，在很大程度上，激光焊接技術(shù)在許多的應(yīng)用領(lǐng)域都已經(jīng)進(jìn)一步取代傳統(tǒng)焊接技術(shù)而成為一種更具有影響力的產(chǎn)業(yè)技術(shù)。隨著世界加工技能以及技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，激光焊接技術(shù)已經(jīng)在很大程度上滿足了我國制造業(yè)的發(fā)展需要。