浅谈特种加工技术--激光焊接

焊接技术在我国的经济建设与社会发展中发挥了重要作用，但随着科技进步，新材料、新工艺的广泛应用，传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，这使得融材料学、力学、计算机科学等相关知识、技术于一体的激光焊接应运而生。

一、激光焊接的工作原理

激光焊接是将具有优异的方向性、高亮度、高强度、高单色性、高相干性等特点的激光束辐射至加工工件表面区域内，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104-107W/cm2，通过激光与被焊物的相互作用，在极短的时间内使被焊处形成一个能高度集中的热源区，热能使被焊物区域熔化后冷却结晶形成牢固的焊点和焊缝。根据所用激光器及其工作方式的不同，常用的激光焊接方式有两种，一种是脉冲激光焊，主要用于单点固定连续和簿件材料的焊接，焊接时形成一个个圆形焊点；另一种为连续激光焊，主要用于大厚件的焊接和切割，焊接过程中形成一条连续焊缝。就一般而论，焊接材料的选择、激光焊接机的选择，加工工作台的选择，是影响激光焊接效果的主要因素。而对于焊接过程中熔化现象能否产生和产生的强弱程度则主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率，控制好上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。激光焊接中，光束焦点位置是最关键的控制工艺参数之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦点处于最佳位置范围内才能获得最大熔深和好的焊缝形状。

二、激光焊接的主要特性

与其他传统的焊接技术相比，激光焊接具有如下的优点：

1、激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，焊接速度快、功效高、深度大、残余应力和变形小，能在室温或特殊条件下(如封闭的空间)进行焊接，焊接设备装置简单，不产生X射线。

2、可焊接如高熔点金属的难熔材料，甚至可用于如陶瓷、有机玻璃等非金属材料的焊接，对异形材料施焊，效果良好，且具有很大的灵活性，可对于焊接难以接近的部位施行非接触远距离焊接。

3、激光束经聚焦可获得很小的光斑，由于不受磁场影响且能精确定位，因此，可进行微型焊接，适用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

4、激光束易实现光束按时间与空间分光，可以切换装置将激光束传送举多个工作站，因此，能进行多光束同时加工及多工位加工，为更精密的焊接提供了条件。

5、激光焊接因属无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题，同时，其不需使用电极，因此没有电极污染或受损的顾虑，且易于以自动化进行高速焊接。亦可以数位或电脑控制。然而，激光焊接也存在着一定的局限性：

首先，激光器及其相关系统的成本较高，一次性设备投资较大。

其次，在焊接过程中，要求焊接装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。

另外，焊接厚度比电子束焊小，焊接一些高反射率的金属还比较困难。

三、激光焊接的工艺方法

1、片与片间的焊接。一般采用手动焊接和自动化焊接，其包括对焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等四种工艺方法。

2、丝与丝的焊接。一般采用手动焊接和半自动焊接，其包括丝与丝对焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等四种工艺方法。

3、金属丝与块状元件的焊接。采用激光焊接可以成功地实现金属丝与块状元件的连接，块状元件的尺寸可以任意。在焊接中应注意丝状元件的几何尺寸。

4、不同金属的焊接。焊接不同类型的金属要解决可焊性与可焊参数范围，不同材料之间的激光焊接只有某些特定的材料组合才有可能。

5、块状物件补焊。采用激光将激光焊丝熔化沉积到基材上，一般适合模具等产品的修补。

四、激光焊接的质量控制

随着激光的发展，激光焊接技术日益趋于成熟。然而，在实际焊接生产过程中，也会因为各种原因而产生各样的问题。如何辨别问题出现的原因，如何解决质量问题的出现，这是生产工艺管理过程中非常重要的一环。

首先，要对焊接品质进行检查焊接品质的检查。一般有目视检验和破坏性检验两种方法。目视检验顾名思义，是工作人员根据自己丰富的工作经验来判定焊接产品是否合格，但若凭此检验就下结论，还不充分，这就需要进行破坏性检验，即撕开焊接母材进行确认。另外，也可利用拉伸仪进行拉伸强度的检验。

其次，根据现象进行原因分析。一般来说，若出现焊接加工不良，可能材料有问题，需要在检查材料质量后更换材料或改变激光焊接机波形设定工艺条件进行解决；若所焊接产品的同一部位连续出现焊接不良，很可能是工作台和夹具有问题；若偶尔有焊穿和虚焊现象，可以检查焊接机的能量稳定性或工作台及夹具是否存在问题。

再次，加