激光焊接 是使用激光束熔合金属部件的精确工艺. 它在大多数行业都有大量应用, 特别是在小部件焊接的自动化领域, 严格控制意味着无需清理. 这在汽车领域最有用, 航天, 和电子行业, 其中精度和效率是最大的驱动因素. 本文将进一步讨论激光焊接, 怎么运行的, 过程, 类型, 和优点.

激光焊接是一种使用激光束将金属或热塑性塑料连接在一起形成焊缝的工艺. 如此集中的热源, 在薄材料中，激光焊接可以以每分钟数米的高焊接速度进行, 在较厚的材料中可以产生较窄的, 方边零件之间的深焊缝。

激光焊接以两种根本不同的模式运行: 传导有限焊接和小孔焊接. 激光束与焊接材料相互作用的模式取决于击中工件的光束的功率密度.

激光焊接的一个关键优势是高精度和对所施加能量的严密控制. 能量可以精确地引导到需要焊接的确切位置，几乎不会过度施加或扩散. 与任何其他焊接方法相比，它可以实现极其精确的液化，且热影响区小得多. 这对周围区域造成的损害较小，并减少了整体加热和相关变形.

激光焊接广泛应用于汽车领域, 航天, 和医疗行业, 以及电子制造. 它对于焊接铝等传统方法难以焊接的材料特别有用.

激光焊接最早开发于上世纪60年代, 几乎与激光器本身的发展同时进行. 激光焊接的第一个实验是由美国贝尔电话实验室的研究人员进行的. 第一次激光焊接是使用红宝石激光器进行的, 在相干光束中应用高强度能量的短脉冲. 当脉冲聚焦到金属部件连接处的一个小点上时, 金属熔化并流动在一起. 即使在这些早期实验中, 这导致了非常狭窄和精确的焊缝, 具有最小的热影响区 (热影响区) 和扭曲. 它甚至展示了一些连接不同材料的能力.

激光焊接的历史始于第一台激光器的发明 1960 作者：休斯研究实验室的 Theodore Maiman. 他使用红宝石晶体作为激光介质，并使用闪光灯作为能源来产生红色激光束. 这引发了激光物理和应用领域的兴趣和研究浪潮.

激光最早的应用之一是焊接. 科学家很快发现激光束可以加热并熔化金属, 形成牢固而深的焊缝. 第一次激光焊接实验于 1962 美国光学公司的研究人员, 谁使用掺钕玻璃激光器焊接钢和钛. 在 1964, 贝尔实验室的 Geusic 和 Smith 实现了另一个里程碑, 掺钕钇铝石榴石是谁发明的 (钕: 钇铝石榴石) 激光, 比玻璃激光器具有更高的功率和效率. ND: YAG 激光器成为应用最广泛的焊接激光器之一, 特别适用于微焊接和光纤传输.

接下来的几十年见证了激光焊接技术的显着进步, 无论是在性能还是成本方面. 主要驱动力之一是二氧化碳的发展 (二氧化碳) 激光, 比固体激光器具有更高的功率输出和更低的成本. CO2 激光器首先用于焊接 1970 西部电力公司的研究人员, 谁用焊接铜线 1 千瓦CO2激光器. CO2 激光器很快就主导了激光焊接工业市场, 特别适用于大批量和高速应用, 例如汽车和航空航天工业.

另一个重要的进步是英国南安普顿大学的研究人员在 20 世纪 80 年代末推出了光纤激光器. 光纤激光器使用光纤作为激光介质, 与传统激光器相比具有多种优势, 例如高光束质量, 高效率, 低维护, 并可轻松与机器人或数控机床集成. 光纤激光器还比 CO2 激光器具有更高的功率密度和穿透深度, 使它们适合厚截面焊接.

当前的激光焊接时代以创新和多元化为标志. 新型激光器已被开发或改进, 例如盘式激光器, 二极管激光器, 超快激光器, 和混合激光器. 这些激光器针对不同的应用和材料提供不同的特性和功能. 例如, 盘式激光器亮度高、稳定性好; 二极管激光器成本低且尺寸紧凑; 超快激光器具有短脉冲持续时间和最小的热输入; 混合激光器将激光与电弧或等离子焊接相结合，以提高灵活性和质量.

激光焊接也将其范围和范围扩展到了新的领域和挑战. 一些例子是:

异种材料激光焊接, 例如钢和铝, 具有不同的物理和化学特性，可能导致金属间化合物的形成或裂纹.

透明材料激光焊接, 例如玻璃或塑料, 这需要特殊的技术将激光束耦合到材料中.

特殊条件下的激光焊接, 例如真空或水下, 这给传统的焊接方法带来了困难.

用于增材制造的激光焊接, 使用激光沉积材料层以创建复杂的形状或结构.

激光焊接是一种使用聚焦准直高强度光束来熔化和熔合金属部件的技术, 有时使用填充棒中的额外材料. 该过程的工作原理是产生激光，然后将其传送到准直器/光学头. 然后将其聚焦到金属部件的接合处, 导致高度局部热量积聚和熔池受限.

激光焊接光束通常由固态激光器产生, 纤维, 或CO2激光, 各有相对优势. 在光束的焦点处, 金属达到熔点并形成局部熔池, 根据需要可以将填充棒熔化到其中. 然后激光束沿着接缝的表面移动. 这会熔化前缘并留下熔化的, 熔合池后缘冷却并固化. 在一次成功的焊接中, 冷却后的金属以大致相同的程度附着在两个部件上，并且保持不氧化。

激光焊接是高科技制造和工程中日益重要的技术. 与传统焊接技术相比，它具有许多优点. 激光焊接可以创造清洁, 快速、精确地进行牢固的焊接。

激光焊接用于通过在接合点形成液态金属池将零件熔合在一起. 对于连接异种金属和通常难以焊接的金属，该技术比大多数技术更好. 它甚至可以与某些非金属（包括一些陶瓷）一起使用。

激光焊接有利于提供精确的, 可重复的, 在许多行业中通过手动和自动方式实现高质量焊接. 这些行业包括: 汽车, 航天, 医疗的, 和电子产品.

这些是激光焊接过程中的通用步骤:

下面列出了可激光焊接的最常见材料:

材料是否适合激光焊接取决于其物理特性, 比如熔化温度, 反照率, 导热系数, 及其熔化而不烧焦的倾向. 高反射材料可能需要丰富的经验和仔细的激光频率选择.

这些是激光焊接中常见的挑战:

这些是最常见的激光焊接方法:

激光焊接中使用的激光器类型如下:

二氧化碳激光器因其高功率输出和聚焦时光斑尺寸小而成为焊接设备的支柱. 它们在中红外发射范围内工作，能够焊接大多数材料, 尽管初始功率的反射可以使不锈钢缓慢开始熔化, 钛, 以及其他一些反光金属.

CO2 激光器激发二氧化碳分子, 迫使它们发射辐射. 然后它可以通过反射路径或光管传输，然后被准直或以其他方式聚焦以形成输出激光束。

CO2 激光设备价格低廉且可在相对较高的功率水平下运行, 实现快速焊接速度和高生产率. 他们可以焊接多种材料. CO2 激光器的高功率和紧密聚焦有助于深熔焊接. 然而, 它们的使用寿命相对较短，需要专业知识才能良好运行. 它们在气体辅助下运行得更好, 这增加了运营成本.

钕:钇铝石榴石 (掺钕钇铝石榴石) 固体激光器通常用于焊接. 这种激光器类型产生高功率红外光，波长为 1.064 千分尺. 这是一个不错的选择，因为金属材料比红外光谱中的其他材料更好地吸收该波长. 钕:因此，YAG 装置在焊接铝时特别有用, 不锈钢, 和钛合金. 因为它结合了高能量输出和良好的聚焦性以及最少的维护要求, 该系统通常用于工业应用, 例如汽车和航空航天制造。

光纤激光器是激光焊接的不错选择, 提供高功率, 卓越的光束质量, 和电力效率. 激光能量来自激光二极管. 它通过光纤连接传输到准直/聚焦焊枪，可以轻松引导到焊接现场.

这种激光焊机类型可以很好地集成到自动化设备中. 设备预期寿命长且维护需求低.

盘式激光器是固体激光器的替代形式，开始用于焊接. 在盘式激光器中, 激光介质是一种薄的, 由多个激光二极管泵浦的激光可激发半导体材料的液冷盘. 输出光束可以通过刚性反射器路径或通过光管传输到准直器/聚焦炬. 它们因其高功率容量而很有价值, 良好的光束质量, 高效冷却, 维护要求低, 和较长的预期功能寿命.

必须严格控制功率设置才能获得良好效果. 更大的需要更多的功率, 更深的焊缝. 非常低且严格控制的功率是某些激光焊机的优点, 允许焊接精密和小型零件，而不会产生大范围的热影响区扩散和变形, 即使是非常薄的材料。

结合聚焦和激光功率, 激光的移动速度决定了焊接质量. 它必须停留足够长的时间才能正确熔化材料，但又不能太长以至于无法正确熔化. 必须设置进给速度以允许焊缝穿过整个焊缝. 一旦熔池达到, 进给必须开始, 否则焊缝起始区会产生较大的热影响区. 喂养 (和梁振荡) 必须进行调整，使熔化区的前缘沿着接缝行进，后缘适当冷却以形成接缝.

进给速度太高会阻碍熔化的一致性，并使焊缝变得脆弱且容易出现间隙. 如果进给速度太慢, 热影响区将会扩大，您将面临从熔池中产生径流或在零件上吹孔的风险.

定义激光焊接质量和效率的参数是:

激光焊接应用于各行各业:

激光焊接的优点如下:

激光焊接的主要局限性是:

这取决于. 材料类型等因素, 厚度, 和生产吞吐量会影响激光焊接和激光切割系统的成本和适用性. 简单的比较是不可靠的，必须根据具体情况进行评估. 必须注意的是, 然而, 与激光焊接机相比，较小的激光切割机通常具有较低的功率输出和更简单的控制系统, 使购买更便宜. 并非所有激光切割都需要气体辅助系统, 这样就消除了另一个昂贵的系统. 然而, 更大、更强大的激光切割机的购买成本与同等容量的激光焊接机相似甚至更高.

这取决于. 对于大多数陶瓷和塑料, 大气氧化影响小, 和保护气体可以忽略不计. 金属需要保护气体来防止氧化和焊缝严重退化. 下面列出了有关屏蔽的更多具体信息:

典型的焊接安全预防措施适用, 需要考虑额外的眼睛保护问题:

是的, 当正确设置和操作时，激光焊接比其他类型的焊接速度更快. 尤其, 在小型和复杂的任务上它最适合, 激光焊接比其他焊接方法快得多. 部分, 这是因为焊缝本身比其他类型的焊缝需要更少的后处理和清理。

不, 激光焊接是非接触式的. 光束必须穿过光学头和工件之间的一小部分空间. 该间隙是一个可控特征.

激光焊接与MIG等传统焊接方法的主要区别, 氩弧焊, 和电弧焊如下: