首先，什么是激光？世界上的第一個(gè)激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)106瓦，但仍屬于低能量輸出。

首先，什么是激光？世界上的第一個(gè)激光束于1960年利用閃光燈泡激發(fā)紅寶石晶粒所產(chǎn)生，因受限于晶體的熱容量，只能產(chǎn)生很短暫的脈沖光束且頻率很低。雖然瞬間脈沖峰值能量可高達(dá)106瓦，但仍屬于低能量輸出。

激光焊接的優(yōu)勢(shì)：

（1）可將入熱量降到低的需要量，熱影響區(qū)金相變化范圍小，且因熱傳導(dǎo)所導(dǎo)致的變形亦低。

（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數(shù)業(yè)經(jīng)檢定合格，可降低厚板焊接所需的時(shí)間甚至可省掉填料金屬的使用。

（3）不需使用電極，沒(méi)有電極污染或受損的顧慮。且因不屬于接觸式焊接制程，機(jī)具的耗損及變形接可降至低。

（4）激光束易于聚焦、對(duì)準(zhǔn)及受光學(xué)儀器所導(dǎo)引，可放置在離工件適當(dāng)之距離，且可在工件周?chē)臋C(jī)具或障礙間再導(dǎo)引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無(wú)法發(fā)揮。

（5）工件可放置在封閉的空間（經(jīng)抽真空或內(nèi)部氣體環(huán)境在控制下）。

（6）激光束可聚焦在很小的區(qū)域，可焊接小型且間隔相近的部件，

（7）可焊材質(zhì)種類(lèi)范圍大，亦可相互接合各種異質(zhì)材料。

（8）易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接，亦可以數(shù)位或電腦控制。

（9）焊接薄材或細(xì)徑線(xiàn)材時(shí)，不會(huì)像電弧焊接般易有回熔的困擾。

（10）不受磁場(chǎng)所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對(duì)準(zhǔn)焊件。

（11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬

（12）不需真空，亦不需做X射線(xiàn)防護(hù)。

（13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達(dá)10:1

（14）可以切換裝置將激光束傳送至多個(gè)工作站。

激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)：

（1）焊件位置需非常精確，務(wù)必在激光束的聚焦范圍內(nèi)。

（2）焊件需使用夾治具時(shí)，必須確保焊件的終位置需與激光束將沖擊的焊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。

（3）可焊厚度受到限制滲透厚度遠(yuǎn)超過(guò)19mm的工件，生產(chǎn)線(xiàn)上不適合使用激光焊接。

（4）高反射性及高導(dǎo)熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(huì)受激光所改變。

（5）當(dāng)進(jìn)行中能量至高能量的激光束焊接時(shí)，需使用等離子控制器將熔池周?chē)碾x子化氣體驅(qū)除，以確保焊道的再出現(xiàn)。

（6）能量轉(zhuǎn)換效率太低，通常低于10%。

（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。

（8）設(shè)備昂貴。

為了消除或減少激光焊接的缺陷,更好地應(yīng)用這一優(yōu)秀的焊接方法,提出了一些用其它熱源與激光進(jìn)行復(fù)合焊接的工藝,主要有激光與電弧、激光與等離子弧、激光與感應(yīng)熱源復(fù)合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施，如激光填絲焊（可細(xì)分為冷絲焊和熱絲焊）、外加磁場(chǎng)輔助增強(qiáng)激光焊、保護(hù)氣控制熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。

(1)功率密度

功率密度是激光加工中關(guān)鍵的參數(shù)之一。采用較高的功率密度，在微秒時(shí)間范圍內(nèi)，表層即可加熱至沸點(diǎn)，產(chǎn)生大量汽化。因此，高功率密度對(duì)于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對(duì)于較低功率密度，表層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要經(jīng)歷數(shù)毫秒，在表層汽化前，底層達(dá)到熔點(diǎn)，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導(dǎo)型激光焊接中，功率密度在范圍在10^4~10^6W/CM^2。

(2)激光脈沖波形

激光脈沖波形在激光焊接中是一個(gè)重要問(wèn)題，尤其對(duì)于薄片焊接更為重要。當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會(huì)有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個(gè)激光脈沖作用期間內(nèi)，金屬反射率的變化很大。

(3)激光脈沖寬度

脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價(jià)及體積的關(guān)鍵參數(shù)。

(4)離焦量對(duì)焊接質(zhì)量的影響

激光焊接通常需要一定的離做文章一，因?yàn)榧す饨裹c(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高，容易蒸發(fā)成孔。離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對(duì)均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負(fù)離焦。焦平面位于工件上方為正離焦，反之為負(fù)離焦。按幾何光學(xué)理論，當(dāng)正負(fù)離焦平面與焊接平面距離相等時(shí)，所對(duì)應(yīng)平面上功率密度近似相同，但實(shí)際上所獲得的熔池形狀不同。負(fù)離焦時(shí)，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過(guò)程有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，激光加熱50~200us材料開(kāi)始熔化，形成液相金屬并出現(xiàn)問(wèn)分汽化，形成市壓蒸汽，并以極高的速度噴射，發(fā)出耀眼的白光。與此同時(shí)，高濃度汽體使液相金屬運(yùn)動(dòng)至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當(dāng)負(fù)離焦時(shí)，材料內(nèi)部功率密度比表面還高，易形成更強(qiáng)的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)要求熔深較大時(shí)，采用負(fù)離焦；焊接薄材料時(shí)，宜用正離焦。

激光焊接的應(yīng)用

激光焊接機(jī)技術(shù)廣泛被應(yīng)運(yùn)在汽車(chē)、輪船、飛機(jī)、高鐵等高精制造領(lǐng)域，給人們的生活質(zhì)量帶來(lái)了重大提升，更是引領(lǐng)家電行業(yè)進(jìn)入了精工時(shí)代。

特別是在大眾汽車(chē)創(chuàng)造的42米無(wú)縫焊接技術(shù)，大大提高了車(chē)身整體性和穩(wěn)定性之后，家電領(lǐng)頭企業(yè)海爾集團(tuán)隆重推出首款采用激光無(wú)縫焊接技術(shù)生產(chǎn)的洗衣 機(jī)，該家電為人民珍視了科技的進(jìn)步，先進(jìn)的激光技術(shù)可以為人民的生活帶來(lái)巨大的改變。隨著洗衣機(jī)全球品牌地位的不斷鞏固，其對(duì)行業(yè)的引領(lǐng)開(kāi)始全面展現(xiàn)，然 而有激光焊接機(jī)技術(shù)的支持，也將對(duì)家電行業(yè)有一個(gè)更深的改革。據(jù)海爾研發(fā)人員介紹，市場(chǎng)上的全自動(dòng)洗衣機(jī)內(nèi)桶的制造技術(shù)大多采用“扣搭”技術(shù)，內(nèi)桶的銜 接處會(huì)存在縫隙或不平整，導(dǎo)致桶體強(qiáng)度不高、對(duì)衣物產(chǎn)生不必要磨損。為了進(jìn)一步提高內(nèi)桶的可靠性和精細(xì)化，海爾洗衣機(jī)以汽車(chē)、造船行業(yè)為參照母本，將激光 無(wú)縫焊接技術(shù)應(yīng)用在勻動(dòng)力洗衣機(jī)新品上，避免了內(nèi)桶縫隙和不平整的產(chǎn)生，在全面提高了產(chǎn)品的可靠性的同時(shí)更加呵護(hù)衣物。由于內(nèi)桶的強(qiáng)度的提高，勻動(dòng)力洗衣 機(jī)脫水過(guò)程中高轉(zhuǎn)速比普通全自動(dòng)洗衣機(jī)也提高了25%，脫水效率大幅提升，并且耗電少、用時(shí)省。

此外，還了解到，中德造船業(yè)合作研發(fā)的“高功率激光焊接機(jī)技術(shù)”，保證了輪船的安全性，進(jìn)一步加強(qiáng)了船身結(jié)構(gòu)；在航空領(lǐng)域，激光無(wú)縫焊接技術(shù)也已廣泛 應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造上，同時(shí)，鋁合金機(jī)身的激光無(wú)縫焊接技術(shù)可以取代鉚釘，從而減輕了20%的機(jī)身重量；我國(guó)的高鐵軌道也引進(jìn)了激光無(wú)縫焊接技術(shù)，在 提高安全性能同時(shí)，也大大降低了噪音，為旅客帶來(lái)安靜舒心的乘車(chē)環(huán)境。

隨著科技的全面發(fā)展，激光焊接機(jī)技術(shù)的不斷鞏固與應(yīng)用，也帶領(lǐng)全球的家電產(chǎn)業(yè)步入了一個(gè)新時(shí)代，新的工藝不僅是產(chǎn)品的升級(jí)，也是更多科技的展示和應(yīng)用。

1、制造業(yè)應(yīng)用

激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技術(shù)在國(guó)外轎車(chē)制造中得到廣泛的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年全球范圍內(nèi)剪裁坯板激光拼焊生產(chǎn)線(xiàn)超過(guò)100條，年產(chǎn)轎車(chē)構(gòu)件拼焊坯板7000萬(wàn)件，并繼續(xù)以較高速度增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的引進(jìn)車(chē)型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板結(jié)構(gòu)。日本以CO2激光焊代替了閃光對(duì)焊進(jìn)行制鋼業(yè)軋鋼卷材的連接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無(wú)法熔焊，但通過(guò)有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示了激光焊的廣闊前途。日本還在世界上首次成功開(kāi)發(fā)了將YAG激光焊用于核反應(yīng)堆中蒸氣發(fā)生器細(xì)管的維修等，在國(guó)內(nèi)蘇寶蓉等還進(jìn)行了齒輪的激光焊接技術(shù)。

2、粉末冶金領(lǐng)域

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，許多工業(yè)技術(shù)上對(duì)材料特殊要求，應(yīng)用冶鑄方法制造的材料已不能滿(mǎn)足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造優(yōu)點(diǎn)，在某些領(lǐng)域如汽車(chē)、飛機(jī)、工具刃具制造業(yè)中正在取代傳統(tǒng)的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發(fā)展，它與其它零件的連接問(wèn)題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應(yīng)用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)入粉末冶金材料加工領(lǐng)域，為粉末冶金材料的應(yīng)用開(kāi)辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釬焊的方法焊接金剛石，由于結(jié)合強(qiáng)度低，熱影響區(qū)寬特別是不能適應(yīng)高溫及強(qiáng)度要求高而引起釬料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強(qiáng)度以及耐高溫性能。

3、汽車(chē)工業(yè)

20世紀(jì)80年代后期，千瓦級(jí)激光成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而今激光焊接生產(chǎn)線(xiàn)已大規(guī)模出現(xiàn)在汽車(chē)制造業(yè)，成為汽車(chē)制造業(yè)突出的成就之一。德國(guó)奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車(chē)制造廠(chǎng)早在20世紀(jì)80年代就率先采用激光焊接車(chē)頂、車(chē)身、側(cè)框等鈑金焊接，90年代美國(guó)通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車(chē)制造，盡管起步較晚，但發(fā)展很快。意大利菲亞特在大多數(shù)鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接，日本的日產(chǎn)、本田和豐田汽車(chē)公司在制造車(chē)身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件因其性能優(yōu)良在汽車(chē)車(chē)身制造中使用得越來(lái)越多，根據(jù)美國(guó)金屬市場(chǎng)統(tǒng)計(jì)，至2002年底，激光焊接鋼結(jié)構(gòu)的消耗將達(dá)到70000t比1998年增加3倍。根據(jù)汽車(chē)工業(yè)批量大、自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，激光焊接設(shè)備向大功率、多路式方向發(fā)展。在工藝方面美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與PrattWitney聯(lián)合進(jìn)行在激光焊接過(guò)程中添加粉末金屬和金屬絲的研究，德國(guó)不萊梅應(yīng)用光束技術(shù)研究所在使用激光焊接鋁合金車(chē)身骨架方面進(jìn)行了大量的研究，認(rèn)為在焊縫中添加填充余屬有助于消除熱裂紋，提高焊接速度，解決公差問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的生產(chǎn)線(xiàn)已在奔馳公司的工廠(chǎng)投入生產(chǎn)。

4、電子工業(yè)

激光焊接在電子工業(yè)中，特別是微電子工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。由于激光焊接熱影響區(qū)小加熱集中迅速、熱應(yīng)力低，因而正在集成電路和半導(dǎo)體器件殼體的封裝中，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了應(yīng)用，如鉬聚焦極與不銹鋼支持環(huán)、快熱陰極燈絲組件等。傳感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，采用傳統(tǒng)焊接方法難以解決，TIG焊容易焊穿，等離子穩(wěn)定性差，影響因素多而采用激光焊接效果很好，得到廣泛的應(yīng)用。

5、生物醫(yī)學(xué)

生物組織的激光焊接始于20世紀(jì)70年代，Kl

ink等及jain[13]用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來(lái)的優(yōu)越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，并推廣到其他組織的焊接。有關(guān)激光焊接神經(jīng)方面國(guó)內(nèi)外的研究主要集中在激光波長(zhǎng)、劑量及其對(duì)功能恢復(fù)以及激光焊料的選擇等方面的研究，劉銅軍進(jìn)行了激光焊接小血管及皮膚等基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上又對(duì)大白鼠膽總管進(jìn)行了焊接研究。激光焊接方法與傳統(tǒng)的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過(guò)程中沒(méi)有異物反應(yīng)，保持焊接部位的機(jī)械性質(zhì)，被修復(fù)組織按其原生物力學(xué)性狀生長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)將在以后的生物醫(yī)學(xué)中得到更廣泛的應(yīng)用。

6、其他領(lǐng)域

在其他行業(yè)中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國(guó)內(nèi)進(jìn)行了許多研究，如對(duì)BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接，德國(guó)玻璃機(jī)械制造商GlamacoCoswig公司與IFW接合技術(shù)與材料實(shí)驗(yàn)研究院合作開(kāi)發(fā)出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術(shù)。

混合焊接優(yōu)勢(shì)

激光混合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于激光混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：更大的熔深/較大縫隙的焊接能力；焊縫的韌性更好，通過(guò)添加輔助材料可對(duì)焊縫晶格組織施加影響；無(wú)燒穿時(shí)焊縫背面下垂的現(xiàn)象；適用范圍更廣；借助于激光替換技術(shù)投資較少。對(duì)于激光MIG惰性氣體保護(hù)焊混合，優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：較高的焊接速度；熔焊深度大；產(chǎn)生的焊接熱少；焊縫的強(qiáng)度高；焊縫寬度小；焊縫凸出小。從而使得整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性好，設(shè)備可用性好；焊縫準(zhǔn)備工作量和焊接后焊縫處理工作量小；焊接生產(chǎn)工時(shí)短、費(fèi)用低、生產(chǎn)效率高；具有很好的光學(xué)設(shè)備配置性能。

但是，激光混合焊接在電源設(shè)備方面的投資成本相對(duì)較高。隨著市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，電源設(shè)備的價(jià)格也將會(huì)有所下降，并將使激光混合焊接技術(shù)在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。至少激光混合焊接技術(shù)在鋁合金材料的焊接中是一種非常合適的焊接工藝，將在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)成為主要的焊接生產(chǎn)工具。