激光焊接技术原理其应用

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【摘 要】激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一,本文分析了激光焊接的基本原理,介绍了激光焊接的应用领域.

【关 键 词】激光焊接技术；原理；应用

一、激光焊接技术的基本原理

激光焊接就是以激光为热源进行的焊接.激光是一束平行的光,用抛物面镜或凸透镜聚光,可以得到高的功率密度.与电弧焊接的功率密度102～104kw/cm比较,聚集的激光束可以得到105～108kw左InZ的功率密度.用功率密度高的热源进行焊接,可以得到熔深较大的焊缝.激光焊接可以得到与电子束焊接同样熔深的焊缝.激光焊接可使表面温度迅速上升,激光照射完后迅速冷却,可以进行熔融或非熔融的表面处理.当功率密度大于103kw/c耐时,可进行熔深较大的焊接.这时,在大气中熔融金属容易被氧化.因此,要用Ar、He、CO,等气体密封焊接部位.尤其是提高功率密度时,瞬间从光束中熔融金属被排出,这时若辅以高压气体吹扫,可促进熔融金属排出,适宜进行开孔或切断.激光焊接最大的特点是选择适合的焊接材料和功率密度,可以得到稳定的焊接形态.激光焊接有两种基本方式：传导焊与深熔焊.这两种方式最根本的区别在于：前者熔池表面保持封闭,而后者熔池则被激光束穿透成孔.传导焊对系统的扰动较小,因为激光束的辐射没有穿透被焊材料,所以,在传导焊过程中焊缝不易被气体侵人；而深熔焊时,小孔的不断关闭能导致气孔的产生.传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换,由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间.激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变,即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成,然后再转变为小孔方式.可以调节激光焊接过程中各因素相互作用的程度,使得小孔建立以后能够在脉冲间歇阶段收缩,从而减小气体侵入的可能性,降低气孔产生的倾向.

二、激光焊接技术的应用领域

（1）制造业领域.20世纪80年代后期,千瓦级激光器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一.90年代美国通用、福特和克莱斯特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.日本的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的越来越多.（2）粉末冶金领域.随着科学技术的不断发展,许多技术对材料有特殊要求,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20世纪80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.（3）电子工业领域.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,显示了独特的优越性,在真空器件研制中,激光焊接也得到了应用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,电弧焊容易焊穿,等离子焊稳定性差,影响因素多,而采用激光焊接效果很好.（4）生物医学领域.生物组织的激光焊接始于20世纪70年代,Klink等及Jain用激光焊接输卵管和血管的成功及显示出来的优越性,使更多研究者尝试焊接各种生物组织,并推广到其它组织的焊接.有关激光焊接神经方面,目前国内外的研究主要集中在激光波长、剂量及对功能恢复及激光焊料选择等方面,刘铜军在激光焊接小血管及皮肤等基础研究的基础上又对大白鼠胆总管进行了焊接研究.激光焊接方法与与传统的缝合方法比较,激光焊接具有吻合速度快,愈合过程中没有异物反应,保持焊接部位的机械性质,被修复组织按其原生物力学性状生长等优点,将在以后的生物医学中得到更广泛的应用.（5）其他领域.在其他行业中,激光焊接也逐渐增加,特别是在特种材料焊接方面,我国进行了许多研究,如对BT20钛合金、HE130合金、Li-ion电池等激光焊接.德国玻璃机械制造商GlamacoCoswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术.