激光焊接技术及其应用

激光焊接技术及其应用

        摘 要：近年来，激光焊接技术被广泛应用于汽车、轮船等制造业，以及电子工业和生物医学等领域中，该焊接技术的原理主要是利用了激光束聚焦后能获得高能量的特点，进而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金属受到激光束产生的热能而融化，即可进行焊接工作。激光焊接技术以其独有的优势给很多领域的工作带来了极大的方便，不仅促进了焊接技术的发展，而且带动了工业、农业等很多行业的进步。本文首先介绍了激光焊接技术的工作机理和特点，其次分析了激光焊接技术的应用。
        关键词：激光;焊接;技术;应用
        随着我国经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，我国焊接技术也有了很大的进步，尤其是激光焊接技术以其独有的优势受到了各行各业的认可和广泛的应用，为我国制造业、电子行业、生物医学等领域都做出了极大的贡献，因此，深入的研究激光焊接技术及其应用不仅能够促进焊接行业的持续发展，而且对于发展我国工业、农业等其他行业也具有非常重要的现实意义。
        1 ;激光焊接技术
        1.1 激光焊接技术的工作机理
        20世纪60年代以来，伴随CO2、YAG等激光器的诞生，研究人员们也迅速将其利用到了焊接技术中，进而开发了激光焊接技术，它的开发和应用为焊接行业带来了新的希望，并且很快被广泛应用于各个领域中。激光焊接技术的工作机理由于激光器的不同也各有差异，因而，根据激光器提供的功率密度的大小可以将激光焊接技术分为两类，一是激光传热熔化焊，二是激光深熔焊，他们的工作机理也各不相同。激光传热熔化焊所使用的激光器功率密度为105～106w/cm2，其工作机理是被焊工件表面吸收激光束热量，然后利用热传导效应在工件表面形成一定体积的熔池，使被焊部位熔化，然后进行焊接工作。激光深熔焊所使用的激光器功率密度为106～108w/cm2，其工作机理为利用激光器功率密度高的特点，使材料达到瞬间汽化进而在表面形成圆孔空腔，然后再通过控制激光束与工件间的相对运用使空腔附近的金属熔化，进而完成焊接工作。
        1.2 激光焊接技术的特点
        近年来，经过研究人员不断的探索和创新，激光焊接技术终于被成功开发和应用，并且，在某些领域中，传统的焊接技术已经完全被激光焊接技术所取代。激光焊接技术之所以可以被广泛的应用，一定是有其独有的优势。下面我们就介绍激光焊接技术的突出优点。第一，热影响区域非常小。由于激光焊接技术是将激光束直接打到被焊接的部位，而激光束又具有方向性强和热源集中的特点，因而激光束只作用于被焊接的部位，不会影响其他区域。正是因为这个优点，激光焊接技术可以被应用于焊接非常精密的零部件，大大降低了焊件收缩、变形情况的出现。第二，激光束聚集可以产生很高的热量，因而，利用激光焊接技术所焊接的焊缝强度都很高，保证了焊件的质量，并且焊接工作效率也很高，此外，由于激光束方向性好，不会对非焊接区域造成干扰，因而通常焊缝表面的质量都很好。第三，利用激光焊接可以对非常隐蔽、难以到达的部位进行焊接。这是因为激光焊接技术非常灵活，只需要通过控制激光束的方向就能改变焊接位置。第四，传统的焊接技术对于金属间的焊接还是能够达到的，但是对于异种合金焊接就相对困难了。然而，利用激光焊接技术甚至可以完成金属与非金属之间的焊接，可以说是焊接技术新的突破。
        当然，一切事物都有两面性，激光焊接技术虽然有很多突出的优势，但是依旧存在一些不足之处，比如：第一，如果被焊工件要应用激光焊接技术进行焊接，那么就要求其在焊接前进行高标准的处理，通常要处理焊件的加工精度、装配等，因为如果被焊工件达不到高标准的要求，那么利用激光焊接技术在焊接过程中很容易造成缺陷;第二，激光焊接技术相对于普通焊接技术有很多优势，因而受到各行各业的青睐，然而，如果想要应用激光焊接技术，所要购买的激光焊接设备价格相对比较高，对于一些企业而言就需要花费高额的投资成本，这也是有些企业放弃应用激光焊接技术的原因之一。
        2 ;激光焊接技术的应用
        2.1 制造业领域
        早在20世纪80年代，千瓦级激光器的诞生促使激光焊接技术被成功应用于工业生产中，而在之后的发展中，激光焊接技术被应用最多的就是汽车制造业中。尤其是当今汽车市场非常火爆，汽车制造业迅速发展，激光焊接技术为汽车制造提供了强大的技术支持。就拿发达国家美国和日本来说，两个国家在汽车制造业上都属于世界领先水平，90年代初，美国非常有名的通用、福特和克莱斯特汽车制造公司引入了激光焊技术，虽然相对而言激光焊接技术的引入有些晚，但是，这并没有阻碍激光焊接技术快速发展的脚步，美国相关研究人员对激光焊接技术做出了更大的提升，使得其在汽车制造业上发挥了更大的作用。众所周知，日本的本田、丰田都是非常出色、实力很强的汽车制造企业，它们所生产的汽车覆盖件都利用了激光焊接技术，尤其是高强钢激光焊接装配件具有非常优良的性能，如今被广泛应用于汽车制造业中，促进了汽车制造业的快速发展。
        2.2 粉末冶金焊接
        随着科学技术水平的不断提高，在很多制造业中，传统的材料已经无法满足产品生产的需要，因而，在很多制造业中都对材料提出了更高的要求。在众多新型材料中，粉末冶金材料成为了汽车、飞机等制造业所青睐的冶铸材料，而要想很好的利用粉末冶金材料，就必须解决它与其他零件的连接问题。传统的焊接技术显然无法满足焊接需求，而激光焊接技术的诞生有效解决了这一问题，不仅使粉末冶金材料可以与很多种合金进行焊接，而且其焊接强度也非常高。
        2.3 电子工业领域
        正如我们上述提到的激光焊接技术的优点之一是其焊接热影响区域小，而在电子工业中，所要焊接的通常都是比较微小的电子元件，因而，激光焊接技术就可以在电子工业领域中发挥其优势。此外，激光焊接技术在真空器件研制中也得到了应用，在过去，由于传感器、温控器中的弹性薄壁波纹片厚度非常小，大约在0.05—0.1mm之间，传统电弧焊焊接技术穿透力极强，稍微不小心就可能会穿透波纹片，并且还会影响到其他区域，稳定性较差，这给焊接工作带来了极大的困难，而应用激光焊接技术由于其稳定性强，激光束容易控制，且热影响范围很小，就可以很容易完成波纹片焊接工作。
        2.4 生物医学领域
        20世纪70年代，国外研究学者就将激光焊接技术应用到了焊接输卵管和血管上，并且顺利完成了焊接工作，这使得更多的研究人员看到了激光焊接技术的优越性。我国生物医学研究人员将激光焊接技术应用于大白鼠胆总管焊接上，经过实践证明激光焊接具有吻合速度快的特点，并且在愈合过程中没有异物反映，而被修复的组织依旧可以按照原生物力学性状生长，这为未来的生物医学发展又提供了宝贵的参考价值。
        3 ;结语
        总而言之，近年来，激光焊接技术被广泛应用于汽车、轮船等制造业，以及电子工业和生物医学等领域中，该焊接技术的原理主要是利用了激光束聚焦后能获得高能量的特点，进而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金属受到激光束产生的热能而融化，即可进行焊接工作。激光焊接技术与传统焊接技术相比具有突出的优越性，促进了焊接行业的快速发展，同时，也正是因为激光焊接技术的优势，近年来被广泛应用于汽车制造业、粉末冶金焊接、电子产业以及生物医学领域，为各领域在焊接方面做出了突出的贡献，促进了我国工业、医学等各行各业的快速发展。激光焊接技术以其独有的优势给很多领域的工作带来了极大的方便，不仅促进了焊接技术的发展，而且带动了工业、农业等很多行业的进步。