激光焊接技术及其应用

【摘要】激光焊接由于焊接过程中能量密度高、焊接速度快、焊接质量好等传统焊接工艺无法比拟的优点，被广泛用于多种材料的连接，在各行各业也得到了广泛的应用。本文主要介绍了激光焊接技术及其应用。

【关键词】激光焊；原理；应用

前言

自1960年第一台激光器问世以来，人们对激光应用技术不断的进行探索研究。随着现代制造业的快速发展，激光加工技术在切割、焊接、热处理、表面改性、微细加工、板料成形、打标及快速成型等方面应用非常广泛。

在激光器出现不久就有学者开始了激光焊接技术的应用研究，激光焊接技术逐渐得以实现并受到人们的重视。激光焊接是一种新型的特殊焊接方法，它所需要的功率密度达105～107W/cm2。

随着激光技术的发展，激光加工技术在工业中得到了大量的运用。以CO2激光器和Nd：YAG激光器高能量密度的激光作为热源的精密焊接技术，已在航空航天、汽车制造、机车、轮船、压力容器等行业得到了广泛的应用。

1.激光焊接技术

激光焊接可分为传热焊和深熔焊，传热焊接时产生的热量通过热传递扩散至工件内部，使焊缝表面熔化，基本不产生汽化现象，常用于低速薄壁材料的焊接；深熔焊还使材料汽化，形成大量等离子体，由于热量较大，熔池前端会出现小孔现象。深熔焊能够彻底焊透工件，且输入能量大、焊接速度快，是目前使用最广泛的激光焊接模式。

2.激光焊技术在国外的应用

美国是最早将高功率激光器引入汽车工业，在美国汽车工业中心底特律有40余家激光加工站，主要用于汽车零部件的焊接和切割，使汽车的改型大大缩短。福特汽车公司采用Nd：YAG激光器焊接汽车车身，大大的减轻了汽车的质量和减少了汽车的制造成本。

1985年德国大众汽车公司将激光焊接应用于奥迪汽车底盘的焊接，1986年日本丰田汽车公司将激光焊接应用于汽车车身框架的焊接，1993年美国为了提高美国产汽车的国际竞争力而提出了2mm工程，至今激光焊接技术广泛应用于各大汽车公司的各种汽车零部件的焊接。

20世纪90年代中期，宝马汽车公司第一次将激光焊接应用于宝马5系列轿车。德国大众公司的途安汽车中，激光焊点总数达到了1400个、焊缝长达70m。在墨西哥生产的捷达轿车的侧车架及白车身的组装中使用了51台激光器进行焊接。

最近，德国研发了一种感应辅助式激光焊接的新工艺方法，伟世通公司已将这种焊接方法用于福特轿车驱动轴的焊接，焊后工件变形小，大大减少了后序工作量。

3.激光焊技术在国内的应用

中国在20世纪70年代初就开始了激光焊接方面的研究，经过二十几年的努力，有了大批高水平的科研成果和实际应用。

上海光机所和华中科技大学应用国产的CO2激光器，对齿轮进行激光焊接，焊缝熔深是4mm，深宽比是2∶1。上海光机用1kW CO2激光焊接设备完成了厚度为0.5mm、宽1000mm热轧硅钢片的激光焊接，焊接接头的性能接近母材，在冲压试验中无脆断，无裂纹。

1993年以来，华中科技大学和武汉钢铁公司联合开展了汽车用镀锌板和深冲板的激光拼焊和可靠性专项研究，实验结果表明，在适当的激光焊接工艺条件下，接头强度和疲劳性能都不低于母材，弯曲性能和母材相差不大。

中科院长春光机所运用CO2激光器来焊接双金属锯条结构，双金属锯条的齿部材料是高速钢，背部材料是弹簧钢，激光功率为7000W，焊速为2m/min，焊后的热处理为高温回火，常温下焊缝的剪切强度达600MPa，达到了电子束焊接的质量。

1999年，宝钢技术中心对激光拼焊技术进行研究，已完成多家汽车公司零部件的焊接工艺研究，2004年上海宝钢阿赛洛激光拼焊板有限公司引进了非常先进的激光焊接设备，用于生产激光拼焊板以满足国内汽车的需求。2005年由湖南大学李力钧研制出了PHC-1500折叠式准封离型连续CO2激光器，该激光器成功应用于上海大众的镀锌钢板车门的激光焊接。上述应用情况表明我国在汽车工业的激光焊接应用领域做出了大量的工作，也取得了一些研究成果，但与西方发达国家相比，差距较大。

大众汽车和奥迪研发了激光扫描焊接工艺，激光扫描焊接工艺及其系统组件在2005年被应用于大众汽车公司的系列产品中。系统组件的高实用性得以验证，并减小了成本，现在，这一工艺在奥迪系列产品中的应用愈加广泛。2007年初，利用TRUMPF公司生产的型号为TruDisk 4002 的4kW圆盘激光器对奥迪A4汽车车门进行了激光扫描焊接工艺，采用该技术后，生产效率大大提高，每天可生产1800扇车门。

我国一定能抓住机遇，提高激光器及激光焊接工艺的研发技术，提升在国际舞台上的竞争力，尽早跨入激光焊接的先进工业大国之列。

参考文献：

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作者简介：

周明召（1985-），男，硕士，湖北孝昌人，研究方向：焊接等方面的教學和研究。

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