激光焊接范例(3篇)

激光焊接范文

激光焊接技术是国际上被广泛认同和采用的新工艺。激光焊接技术兴起于本世纪60年代初期，此后逐步应用于汽车、航空、机械、电子等行业,其中尤以汽车行业的应用发展速度最快，在汽车业中的广泛使用又推进了激光焊接技术的工业化。

2.激光焊接技术的分类及特点

根据激光焊接技术的不同，在汽车工业中的激光焊机主要有两大类：CO2激光焊机和YAG激光焊机。CO2激光焊机的主要用途是切割、焊接、表面处理、打孔等，YAG激光焊机主要用途是打标，但随着大功率YAG激光器的商品化，也用于焊接和切割。与传统焊接方法相比，激光焊接具有下列特点：

(1)应用范围比较广。

(2)特别适合加工极硬、极脆、极薄和熔点极高的难加工材料。

(3)热影响区小，热变形很小，焊缝质量高，外形美观。(4)加工速度快，节省材料，污染少，噪音低，劳动强度低。(5)其设备成套化、系列化、多功能，操作灵活；装备计算机数控系统，可进行二维或三维的立体加工，精度高。

3.国外汽车业激光焊接技术的应用

汽车钢板的激光焊接是国际上被广泛认同和采用的新工艺。在二十世纪80年代初，欧洲的volvo、Audi、MercedezBenz等汽车厂首批使用激光焊接制作卡车前板、底板、加强柱等，汽车钢板的激光焊接技术已经成为提高产品质量，加强市场竞争能力的一项新技术。

丰田公司的侧围生产线拼接坯板激光焊接后，模具由20副减到4副，材料利用率由40%增加到65%。1985年～1993年，该公司建立了8条生产线，年产160万件中、大尺寸的部件。过去内门板用0.8mm的钢板冲成，为了铰接和安装反光镜的需要，必须焊上加强件。现在根据不同的部位对强度的要求不同，用2mm的坯板和0.8mm的坯板焊在一起，然后冲压成型，每扇门重减轻了1.35kg。据估算，采用激光焊接技术拼接坯板可使每辆车节省32美元。

根据有关资料统计，全世界汽车产业中所使用的激光焊机超过了5000台。这些激光焊机分两大部分:一大部分用于汽车零部件的生产，据专家预测，汽车零件中有50%以上可以用激光进行加工，其中激光焊接占40%。另一大部分是汽车装配线上汽车车身的激光切割和激光焊接，取代了传统修边模和电阻焊等方法。激光切割取代修边模，可节省大量的模具费用,使切割和焊接的质量大大提高，并且减少总装时间,焊接后接头的疲劳强度超过点焊；由于激光焊接的热影响区很窄，使焊缝的抗冲压性能和耐腐蚀性能得到了很大的提高。

3.1激光切割

激光切割被公认为是一种高效率、高质量的切割方法，易于实现自动控制与柔性加工。在工艺参数优化后,可以得到良好的切口形状和质量，并可实现激光设备同时满足切割和焊接的双重需要,一机多用，提高了设备的使用效率,大大节省了设备投资数额。在试制和小批量生产时，可用激光对车身面板零件进行切割。激光所切割的部件除了钢板之外，还涉及到各种树脂材料制成的防撞器、内部饰件等。美国福特和通用汽车公司以及日本日产、丰田等汽车公司，在汽车组装生产线上采用激光切割技术。激光切割不必准备各种规格的金属模,而是在组装生产线中用激光切割来加工像精度低和因规格不同要更改的零件安装孔位置，如汽车标志灯、车架、车身两侧装饰线等。这种技术能按不同规格在最小的基本面板内进行,因此能减少金属模具、降低生产成本,效果很好。

3.2激光焊接

3.2.1组合件的激光焊接

组合件的激光焊接在实际生产中应用也比较广,例如四轮驱动汽车的差动齿轮部分使用的螺旋连接器,其壳体中间的结构装入了几块叶片和轴承座,对此壳体的焊接是最后一道工序，因此要求误差小，还要控制壳内部零件的峰值温度。采用激光焊接与传统的电子束焊相比，省略了真空排气系统。福特汽车公司用4.7kwCO2激光焊接车轮钢圈，钢板厚度1mm,焊速25cm/min。

3.2.2车身的立体焊接

车身的立体焊接在汽车生产中的应用非常广泛，由于车身大部分由冲压件组成,一般采用点焊、弧焊或硬钎焊等将这些零件构成一体。现采用激光焊接取代了车盖边缘处的点焊。通用汽车公司采用三维激光焊接解决了车身后侧角窗和车顶的焊接;德国大众汽车公司采用此项技术，进行全铝结构的AudiA8型轿车生产；VOLVO和BENZ公司也采用了三维激光焊接技术。激光焊接用于车身的焊接时有以下几大优点:

(1)接缝形状不像电阻点焊那样受限制，自由度大，车身结构会更合理。

(2)热变形小，对车盖和挡泥板的外板面影响小。

(3)可进行连续的线状焊接，提高车身强度和刚性。但是，激光焊接对冲压零件的精度和定位精度要求更高。

3.3激光表面处理

激光相变硬化是激光表面处理技术最成熟、应用最广泛的一种方法，由于它具有节能、高效、精密、高性能等独特优点，在生产应用中取得明显经济效益。20世纪70年代欧美等国在汽车行业中应用激光相变硬化，最先获得工业应用。1974年美国通用汽车公司采用激光表面相变硬化技术使汽车转向器壳体内腔(可锻铸铁)的耐磨性提高10倍，80年代已有17条激光表面相变硬化处理生产线，日处理33000件。国内自20世纪80年代以来激光相变硬化工艺的应用开发在车辆、机械、矿山、模具等方面也有许多成功的实例并建立了生产线,例如对汽车或拖拉机汽缸套内壁进行激光相变硬化处理，使汽缸套的使用寿命成倍提高。其它如50CrV钢弹簧片、铁路道岔尖轨、工具钢模具及铁基粉末冶金制品等经激光相变试验，都取得了一定的效果。

4.国内汽车业激光焊接技术的应用

1996年以前，国内激光焊接裁焊板的试验室研究和产业化研究与应用都处于空白状态。随着我国汽车工业的发展，激光焊接技术的应用也取得了一定的进展，并有了成功的经验。

5.激光拼焊

汽车工业中最具应用潜力的激光焊接技术是激光拼焊。拼焊板(国外称之为TailorWeldedBlanks)是汽车车身设计中出现的一个崭新的概念，可将经不同表面处理、不同钢种、不同厚度的钢板采用激光焊的方法，使之成为一个组件。这种板材的自由组合具有以下几个优点:

(1)减少了零件数量。

(2)减轻了构件重量。

(3)提高了构件的结构质量和可靠性。

(4)为生产宽体车提供了可能性。

(5)与电阻滚压缝焊不同，激光拼焊属于无接触焊接，从而可提高钢材收得率和降低生产成本,焊接质量较高。如表1所示。

激光焊接范文篇2

【关键词】激光焊接焊接特性应用

中图分类号：E933.43文献标识码：A文章编号：

激光焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术。激光焊以其高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点，在工业中充分发挥了其先进、快速、灵活的加工特点，不仅在生产率方面高于传统焊接方法，而且焊接质量也得到了显著的提高。激光焊接技术发展到今天，其逐步取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方法的趋势已不可逆转。在21世纪中，激光焊接技术在材料连接领域必将起到至关重要的作用。

一、激光焊接的基本特征

1、激光焊接属非接触加工，与接触焊工艺相比，无电极、工具等的磨损消耗，不需对工件加压和进行表面处理，无加工噪声，对环境无污染。

2、焊点小、能量密度高、适合于高速焊接加工，在高功率器件焊接时，深宽比可达5：1，最高可达10：1。

3、焊接时间短，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合焊接高熔点、高硬度的特种材料。

4、焊接时无需屏蔽或真空环境，能在室温或特殊条件下进行焊接，焊接设备装置简单。

5、激光焊缝力学性能好，力学性强于母材。焊缝强度高、焊接速度快、焊缝窄且表面状态好，免去焊后清理等工作。

6、极适合于精密件、箱体件和有密封要求焊接件的加工。

7、对带绝缘层的导体可直接进行焊接，对性能相差较大的异种金属也可焊接，实现自动化。可焊接难熔材料如钛、石英等，效果良好。

8、通过光纤实现远距离、可焊接难以接近的部位，实施非接触远距离焊接；光束易于控制、焊接定位精确，很容易搭载到自动机、机器人装置上。

二、常见金属材料的激光焊接特性

激光焊接适用于多种材料的焊接，激光的高功率密度及高焊接速度，使得激光焊缝、热影响区都很小。掌握好一些变化规律，就可以根据对焊缝组织的不同要求来调整焊缝的化学成分，通过控制焊接条件来获得最佳的焊缝性能。

1、碳钢

低碳钢和低合金钢都具有教好的焊接性，但是采用激光焊接时，材料的含碳量（碳当量）不应高于0.25%。对于碳当量超过0.3%的材料，焊接冷裂纹倾向会加大，设计中考虑到焊缝的一定收缩量，有利于降低焊缝和热影响区的残余应力和裂纹倾向。

碳当量大于0.3%的材料和碳当量小雨0.3%的材料在一起焊接时，采用偏置焊缝形式有利于限制马氏体的转变，减少裂纹的产生。材料碳当量超过0.3%时，减小淬火速度也可以减小裂纹倾向。

表面经过渗碳处理的钢由于其表面的含碳量较高，极易在渗碳层产生凝固裂纹，通常不适用激光焊接。

2、不锈钢

奥氏体不锈钢的导热系数只有碳钢的1/3，吸收率比碳钢高。因此，奥氏体不锈钢可获得比普通碳钢深一点的焊接熔深。激光焊接热输入量小，焊接速度高，非常适合于Ni-Cr系列不锈钢的焊接。

马氏体不锈钢的焊接性差，焊接接头通常硬而脆，并由冷裂纹倾向。在焊接含碳量大于0.1%的不锈钢时，预热和回火可以降低冷裂纹和脆裂倾向。

铁素体不锈钢，激光焊接通常比其他焊接方法容易焊接。

3、铜、铝及其合金

紫铜对CO2激光的反射率很高，但对YAG激的反射率很低，所以用激光焊接紫铜还是有可能的。另外，可以通过表面处理来提高材料对激光的吸收。

黄铜的不可焊性是因为其锌的含量超出了激光焊接允许的范围，锌有相对较低的熔点，容易汽化，会导致大量的焊接缺陷如气孔产生。

由于铝合金的发射较高和导热系数很高，铝合金的激光焊接需要相对较高的能量密度。但是，许多铝合金中有易挥发的元素，如硅、镁等，焊缝中都有很多气孔。而激光焊接纯铝时不存在以上问题。

三、激光技术在焊接中的具体应用

目前激光焊应用领域逐渐扩大，主要应用于:制造业应用、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、航空航天工业、造船工业。

1、制造业应用

激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技术在国外轿车制造中得到广泛的应用。据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条,年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高的速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。

2、粉末冶金领域

由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其他零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在20世纪80年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。

3、汽车工业

德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，20世纪90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。

激光焊接还广泛应用到变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造，成为汽车零部件制造的标准工艺。我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术，而且从激光焊接技术本身研究的角度看，我国一些科研院所在一些具有特色的领域取得了具有特色的成果。随着我国汽车工业的快速发展,激光焊接技术一定会在汽车制造领域取得丰硕的成果和广泛的应用。

4、电子工业

激光焊接在电子工业中,特别是微电子工业中得到了广泛的应用。在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性。在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多，而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。

5、生物医学

生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其他组织的焊接。激光焊接作为一种焊接牙科合金的新技术，经过十余年的设备改进、技术更新，在口腔修复领域的应用日趋成熟。

6、航空航天工业

美国在20世纪70年代初的航空、航天工业中即已利用15kW的CO2激光器针对飞机制造业中的各种材料、零部件，进行焊接试验及评估工艺的标准化。近年来，新的应用成果是铝合金飞机机身的制造，用激光焊接技术取代传统的铆钉,从而减轻飞机机身的重量近20%，提高强度近20%。

7、造船工业

造船业是激光焊接应用的一个重要领域。造船的主要工艺是焊接。采用激光焊接的优点在于可得到高强度的焊件，从而在设计上可减小所用材料的厚度，达到轻重量、高强度的目标。

在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，如含有线路板的塑料制品、医疗设备等均可采用激光焊接。

四、结束语

激光加工是21世纪一门发展极快的新制造技术，必将对我国传统工业的技术改造、新兴工业领域以及制造业的现代化提供先进的技术装备，在现有的激光焊接技术的基础上还应该继续对传统的焊接工艺进行技术改造，使激光焊接可以发挥出更好的优势，获得越来越广泛的应用。

参考文献：

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[4]齐力.激光焊接的应用[J].现代焊接,2005,(01).

[5]李树锋.激光技术在焊接中的应用[J].现代焊接,2009,(01).

激光焊接范文

[关键词]激光深熔焊激光功率光束焦斑材料吸收值焊接速度保护气体透镜焦距焦点位置激光束位置

中图分类号：TG457文献标识码：B文章编号：1009-914X（2016）11-0008-01

1前言

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束加以实现，激光焊接的原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104～105W/cm2为热传导焊，该种焊接方式熔深浅、焊接速度慢；功率密度大于105～107W/cm2时，金属表面受热作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有能量密度高、焊接速度快、深宽比大的特点。基于以上两种激光焊接形式的技术特点，结合轨道车辆不锈钢薄板搭接接头保证强度及要求严格外观质量的两方面要求，轨道车辆不锈钢搭接接头激光焊接形式为激光深熔焊接。

2主要工艺参数

基于轨道车辆不锈钢搭接接头的激光焊接技术特点，分析激光焊接主要工艺参数对焊缝质量的影响，并提出控制措施。

2.1激光功率

在光斑直径一定的前提条件下，激光功率密度的大小取决于激光功率。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，工件仅发生表面熔化，焊接以热传导型进行，熔深很浅，无法应用于不锈钢搭接接头焊接。当工件上的激光功率密度超过阈值，产生小孔并形成等离子体，熔深大幅度提高，可以实现稳定的深熔焊接；当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深大幅波动，严重影响焊接质量。因此要实现轨道车辆不锈钢搭接接头连续稳定焊接，较高激光功率条件下的激光深熔焊接是应用于轨道车辆不锈钢搭接接头焊接的主要形式。在光束焦斑直径一定的情况下，较高的激光功率可保证激光功率密度超过激光功率密度阈值，保证稳定一致的熔深。

2.2光束焦斑

光束焦斑大小是激光焊接的最重要变量之一，直接决定功率密度的高低。对于激光深熔焊，同等激光功率条件下，较小的光束焦斑直径可以获得较高的功率密度，进而保证以较小热输入量来获得既满足强度指标，又满足外观要求的部分熔透搭接接头。

2.3材料吸收值

材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数；其次，材料的表面光洁度对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。

2.4焊接速度

焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使热量不足造成熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化造成搭接接头外部痕迹明显，严重时甚至造成工件焊穿。所以，对于一定厚度的不锈钢搭接接头，在激光功率一定的条件下，焊接速度有一定的适用范围，保证下层板焊接熔深控制在（0.15-0.4）T（T为下层板板厚）。

2.5保护气体

不锈钢搭接接头激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射，同时驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽。通常使用氦、氩、氮三种保护气体。氦气价格较贵、电离能较高，因气体密度最小所以熔池保护效果一般，但因不易电离可有效抑制气体电离以让激光顺利通过，保证光束能量不受阻碍地直达工件表面，从而增加熔深，提高焊接速度，由于质轻而能逸出，不易造成气孔；氩气比较便宜，密度较大，熔池保护效果较好，但易受高温金属等离子体电离，屏蔽部分光束射向工件，造成激光能量部分损失，也制约了焊接速度的提高及熔深的增大，氩气保护条件下等离子云对熔深影响在低焊接速度区最为明显，当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。氮气作为保护气体最便宜、密度适中、电离度介于氦气和氩气之间，适用于不锈钢搭接接头激光焊接，但有时会在搭接区易产生气孔。

2.4透镜焦距

焊接时通常采用聚焦方式汇聚激光，一般选用254-380mm（10”-15”）焦距的透镜。光束焦斑大小与焦距成正比，焦距越短，焦斑越小。但焦距长短也影响焦深，即焦深随着焦距同步增加，所以短焦距虽可提高功率密度，但因焦深小，必须精确保持透镜与工件的距离，不利于通长焊缝焊接过程的工艺稳定性，同时过小的焦深易造成激光头距离工件间距过小导致工件无法有效压紧，也会导致焊接过程中产生的飞溅物影响反射镜表面污染，轨道车辆不锈钢激光焊搭接接头实际焊接使用的透镜建议焦距至少为254mm（10”）。

2.5焦点位置

焦点位置也称为离焦量。焦点处功率密度最高，激光焊接时为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。在大多数激光焊接应用场合，通常将焦点的位置设置在工件表面之下约所需熔深的1/4处。

2.6激光束位置

对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭接结头的情况对此更为敏感。有些应用场合，被焊接工件的几何形状需要激光束偏转一个角度，当光束轴线与接头平面间偏转角度在100°以内时，工件对激光能量的吸收不会受到影响。

2.7焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制

激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。另外，当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率在一段时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。

3激光深熔焊技术特点

针对轨道车辆不锈钢搭接接头，激光深熔焊具有显著的技术特点，主要表现在：

1）高的深宽比，保证外露表面几乎无焊接痕迹，保证无涂装不锈钢轨道车辆的商品化效果。

2）最小热输入保证最小的焊接变形，不锈钢车辆表面平面度指标由传统车辆的2mm/m提升至1mm/m。

3）高的功率密度保证焊缝组织的高致密性，焊缝强度、韧性和综合性能高，保证焊接接头强度和性能指标远远高于同类电阻点焊和电弧焊接头。

4）强固焊缝。因为炽热热源和对非金属组分的充分吸收，降低杂质含量、改变夹杂尺寸和其在熔池中的分布。焊接过程无需电极或填充焊丝，熔化区受污染少，使得焊缝强度、韧性至少相当于甚至超过母体金属。因为充满高温蒸气的小孔有利于焊接熔池搅拌和气体逸出，导致生成无气孔的熔透焊缝。焊后高的冷却速度又易使焊缝组织细微化。

5）激光光束可实现精确控制并可实现非接触的大气焊接过程。因为聚焦光点很小，焊缝可以高精确定位。激光输出无“惯性”，可在高速下急停和重新起始，用数控光束移动技术则可焊接三维复杂工件。

4结论

结合轨道车辆不锈钢搭接接头的技术要求，分析激光深熔焊接各工艺要素对激光搭接接头的影响，提出激光功率、光束焦斑、材料吸收值、焊接速度、保护气体、透镜焦距、焦点位置、激光束位置以及焊接起始、终止点的激光功率渐升、渐降控制等相关要素的工艺控制措施和要求，对轨道车辆不锈钢搭接接头激光焊接工艺的制定有重要的工程应用价值和参考意义。

参考文献