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激光焊接技術的研究現(xiàn)狀與展望

發(fā)表時間：2021-07-17 09:58:34  瀏覽次數(shù)：1271

激光技術在制造業(yè)中的應用是目前各國的研究重點， 隨著工業(yè)發(fā)展對高效、環(huán)保、自動化的需要， 激光技術的應用迅速普及制造業(yè)的許多領域。在此基礎上， 激光焊接工藝將成為激光應用的重要方面之一。
激光焊接是激光加工技術應用的重要內容， 更是21世紀最受矚目、最有發(fā)展前景的焊接技術。
早在上世紀末， 歐美各國就已把激光焊接充分應用到工業(yè)生產中， 我國在加快對激光焊接技術的研究與開發(fā)的同時， 逐步建立起一個“產、學、研”相結合的發(fā)展體制， 并在個別領域有了較大的突破。
隨著工業(yè)制造的發(fā)展， 高效、敏捷、環(huán)保的加工技術將倍受青睞。激光焊接以其高能束的聚焦方式， 在焊接過程中能實現(xiàn)深熔焊、快速焊等其他焊接工藝較難實現(xiàn)的形式， 特別是激光焊接設備搭配靈活， 實時在線檢測技術成熟， 使其能夠在大批量生產中實現(xiàn)高度自動化， 目前已有大量的激光焊接生產線投入工業(yè)生產。
實踐證明， 激光焊接在加工業(yè)的應用范圍十分廣泛， 基本上傳統(tǒng)焊接工藝可以使用的領域， 激光焊接都能勝任，并且焊接質量更高， 加工效率更快。


采用激光技術的焊接工藝

激光焊接是利用激光的輻射能量來實現(xiàn)有效焊接的工藝， 其工作原理是： 通過特定的方式來激勵激光活性介質( 如CO2和其他氣體的混合氣體、YAG釔鋁石榴石晶體等) ， 使其在諧振腔中往復振蕩， 從而形成受激輻射光束， 當光束與工件接觸時， 其能量被工件吸收， 在溫度達到材料熔點時便可進行焊接。?

1 激光焊接的模式?
激光焊接可分為熱傳導焊和深熔焊， 前者的熱量通過熱傳遞向工件內部擴散， 只在焊縫表面產生熔化現(xiàn)象， 工件內部沒有完全熔透， 基本不產生汽化現(xiàn)象， 多用于低速薄壁材料的焊接；后者不但完全熔透材料， 還使材料汽化， 形成大量等離子體， 由于熱量較大， 熔池前端會出現(xiàn)匙孔現(xiàn)象。
深熔焊能夠徹底焊透工件， 且輸入能量大、焊接速度快， 是目前使用最廣泛的激光焊接模式。?

2 激光焊接的焊縫形狀及組織性能?
由于激光器產生的聚焦光斑面積較小， 其作用在焊縫周圍的熱影響區(qū)也比普通焊接工藝的小得多， 且激光焊接一般不需填充金屬， 因此焊縫表面連續(xù)均勻、成形美觀， 無氣孔、裂紋等表面缺陷， 非常適合于對焊縫外形要求嚴格的場合。雖然聚焦的面積比較小， 但激光束的能量密度大( 普遍達103~108W/cm2) 。
焊接過程中， 金屬被加熱和冷卻的速度非?？欤?熔池周圍溫度梯度比較大， 使其接頭強度往往高于母材，相反地接頭塑性則相對較低。目前， 已經(jīng)可以通過雙焦點技術或復合焊接技術來改善接頭質量。?

3 激光焊接的優(yōu)缺點?
激光焊接之所以受到如此高的重視， 在于其特有的諸多優(yōu)點：
① 采用激光焊接可以獲得高質量的接頭強度和較大的深寬比， 且焊接速度比較快。
② 由于激光焊接不需真空環(huán)境， 因此通過透鏡及光纖， 可以實現(xiàn)遠程控制與自動化生產。
③ 激光具有較大的功率密度， 對難焊材料如鈦、石英等有較好的焊接效果，并能對不同性能材料施焊。
當然， 激光焊接也存在不足之處：?
① 激光器及焊接系統(tǒng)各配件的價格較為昂貴， 因此初期投資及維護成本比傳統(tǒng)焊接工藝高，經(jīng)濟效益較差。
② 由于固體材料對激光的吸收率較低， 特別是在出現(xiàn)等離子體后(等離子體對激光具有吸收作用) ， 因此激光焊接的轉化效率普遍較低(通常為5%~30%) 。
③ 由于激光焊接的聚焦光斑較小，對工件接頭的裝備精度要求較高， 很小的裝備偏差就會產生較大的加工誤差。?
隨著激光焊接的普及應用和激光器的商品化生產， 激光設備的價格明顯下降。而大功率激光器的發(fā)展和新型復合焊接方式的研發(fā)與運用， 使激光焊接轉化效率低的缺點也得到改善， 相信不久的將來， 激光焊接將逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)焊接工藝(如電弧焊
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