詳解激光焊接的技術(shù)原理

       激光焊接是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。激光焊接是激光材料加工技術(shù)應用的重要方面之一。20世紀70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過(guò)程屬熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導向內部擴散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其獨特的優(yōu)點(diǎn)，已成功應用于微、小型零件的精密焊接中。

       中國的激光焊接處于世界先進(jìn)水平，具備了使用激光成形超過(guò)12平方米的復雜鈦合金構件的技術(shù)和能力，并投入多個(gè)國產(chǎn)航空科研項目的原型和產(chǎn)品制造中。 2013年10月，中國焊接專(zhuān)家獲得了焊接領(lǐng)域學(xué)術(shù)獎--布魯克獎，中國激光焊接水平得到了世界的肯定。

       激光焊接可以采用連續或脈沖激光束加以實(shí)現，激光焊接的原理可分為熱傳導型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2為熱傳導焊，此時(shí)熔深淺、焊接速度慢；功率密度大于105~107 W/cm2時(shí)，金屬表面受熱作用下凹成“孔穴”，形成深熔焊，具有焊接速度快、深寬比大的特點(diǎn)。 

　　其中熱傳導型激光焊接原理為：激光輻射加熱待加工表面，表面熱量通過(guò)熱傳導向內部擴散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰功率和重復頻率等激光參數，使工件熔化，形成特定的熔池。 

　　用于齒輪焊接和冶金薄板焊接用的激光焊接機主要涉及激光深熔焊接。 

　　激光深熔焊接一般采用連續激光光束完成材料的連接，其冶金物理過(guò)程與電子束焊接極為相似，即能量轉換機制是通過(guò)“小孔”（Key-hole）結構來(lái)完成的。在足夠高的功率密度激光照射下，材料產(chǎn)生蒸發(fā)并形成小孔。這個(gè)充滿(mǎn)蒸氣的小孔猶如一個(gè)黑體，幾乎吸收全部的入射光束能量，孔腔內平衡溫度達25000C左右，熱量從這個(gè)高溫孔腔外壁傳遞出來(lái)，使包圍著(zhù)這個(gè)孔腔四周的金屬熔化。

       小孔內充滿(mǎn)在光束照射下壁體材料連續蒸發(fā)產(chǎn)生的高溫蒸汽，小孔四壁包圍著(zhù)熔融金屬，液態(tài)金屬四周包圍著(zhù)固體材料（而在大多數常規焊接過(guò)程和激光傳導焊接中，能量首先沉積于工件表面，然后靠傳遞輸送到內部）?？妆谕庖后w流動(dòng)和壁層表面張力與孔腔內連續產(chǎn)生的蒸汽壓力相持并保持著(zhù)動(dòng)態(tài)平衡。光束不斷進(jìn)入小孔，小孔外的材料在連續流動(dòng)，隨著(zhù)光束移動(dòng)，小孔始終處于流動(dòng)的穩定狀態(tài)。就是說(shuō)，小孔和圍著(zhù)孔壁的熔融金屬隨著(zhù)前導光束前進(jìn)速度向前移動(dòng)，熔融金屬充填著(zhù)小孔移開(kāi)后留下的空隙并隨之冷凝，焊縫于是形成。上述過(guò)程的所有這一切發(fā)生得如此快，使焊接速度很容易達到每分鐘數米。