激光焊接原理及特点，你了解多少？

一、激光焊原理

激光焊接采用激光作为焊接热源，机器人作为运动系统。激光热源的特殊优势在于，它有着超乎寻常的加热能力，能把大量的能量集中在很小的作用点上，所以具有能量密度高、加热集中、焊接速度快及焊接变形小等特点，可实现薄板的快速连接。

当激光光斑上的功率密度足够大(>106W/cm2)时，金属在激光的照射下迅速加热，其表面温度在极短的时间内升高至沸点，金属发生气化。金属蒸气以一定的速度离开金属熔池的表面，产生一个附加应力反作用于熔化的金属，使其向下凹陷，在激光斑下产生一个小凹坑。随着加热过程的进行，激光可以直接射入坑底，形成一个细长的“小孔”。当金属蒸气的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡后，小孔不再继续深入。光斑密度很大时，所产生的小孔将贯穿于整个板厚，形成深穿透焊缝。小孔随着光束相对于工件而沿着焊接方向前进。金属在小孔前方熔化，绕过小孔流向后方，重新凝固形成的焊缝。

二、激光焊接方法的特点

激光焊接方法具有如下特点：

1、能量密度高、适合于高速焊接。

2、焊接时间短、材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合高熔点、高硬度加工。

3、无电极、工具等的磨损消耗。

4、对环境无污染。

5、可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接。

6、很容易改变激光输出焦距及焊点位置。

7、很容易搭载到机器人装置上。

激光复合焊接技术具有显著的优点。对于激光复合焊接，优点主要体现在：无烧穿时焊缝背面下垂的现象，适用范围更广；对于激光-MIG焊接，优点主要体现在：较高的焊接速度、熔焊深度大、产生的焊接热少、焊缝的强度高、焊缝宽度小及焊缝凸出小，从而使得整个系统的生产过程稳定性好，设备可用性好及焊缝准备工作量和焊接后焊缝处理工作量小，焊接生产工时短、费用低、生产效率高。

三、激光-电弧复合热源焊接的主要形式

1、激光-TIG复合焊接

激光与TIG复合焊接的特点是：

(1)利用电弧增强激光作用，可用小功率激光器代替大功率激光器焊接金属材料。

(2)在焊接薄件时可高速焊接。

(3)可增加熔深，改善焊缝成形，获得优质焊接接头。

(4)可以缓和母材端面接口精度要求。

例如，当CO2激光功率为0.8kW，TIG电弧的电流为90A，焊接速度2m/min时，可相当5kW的CO2激光焊机的焊接能力，5kW的CO2激光束与300A的TIG电弧复合，焊接速度0.5～5m/min时，获得的熔深是单独使用5kW的CO2激光束焊接时的1.3～1.6倍。

2、激光-等离子弧复合焊接

激光等离子复合焊接采用如图3所示的同轴方式。等离子弧由环状电极产生，激光束从等离子弧的中间穿过，等离子弧主要有两个功能：一方面为激光焊接提供额外的能量，提高焊接速度，进而提高整个焊接过程的效率；另一方面等离子弧环绕在激光周围，可以产生热处理的效果，延长冷却时间，也就减少了硬化和残余应力的敏感性，改善了焊缝的微观组织性能。

3、激光-MIG复合焊接

激光-MIG复合焊的基本原理如图4所示。除了电弧向焊接区输入能量外，激光也向焊缝金属输入热量。激光复合焊技术并不是两种焊接方法依次作用，而是两种焊接方法同时作用于焊接区。激光和电弧在不同程度和形式上影响复合焊接的性能。在激光-MIG复合焊接时，挥发不仅发生在工件的表面，同时也发生在填充焊丝上，使得更多的金属挥发，从而使激光的能量传输更加容易。

MIG焊的特点在于电源成本低，焊缝桥联性好，电弧稳定性好，易于通过填充金属改善焊缝结构。而激光束焊的特点在于熔深大，焊接速度高，热输入低，焊缝窄，但焊接更厚的材料需要更大功率的焊接激光器。同时激光复合焊接的熔池比MIG焊的要小，工件变形小，大大减少了焊后纠正焊接变形的工作。激光-MIG复合焊接，会产生两个独立的熔池，而后面的电弧输入的热量同时起到了焊后回火处理的作用，降低焊缝硬度(尤其是焊钢)。由于激光复合焊接的焊接速度非常高，因此可以降低生产时间和生产成本。

4、双激光束焊接技术

在激光焊接过程中，由于激光功率密度大，使得焊接母材被迅速加热熔化、气化，生成高温金属蒸气。在高功率密度激光的继续作用下，很容易生成等离子体云，不仅减小工件对激光的吸收，而且使焊接过程不稳定。如果在较大的深熔小孔形成后，减小继续照射的激光功率密度，而已经形成的较大深熔小孔对激光的吸收较多，结果激光对金属蒸气的作用减小，等离子体云就能减小或消失。

因而，用一束峰值功率较高的脉冲激光和一束连续激光，或者两束脉冲宽度、重复频率和峰值功率有较大差异的脉冲激光对工件进行复合焊接，在焊接过程中,两束激光共同照射工件，周期地形成较大深熔小孔，然后适时停止一束激光的照射，可使等离子体云很小或消失，改善工件对激光能量的吸收与利用，加大焊接熔深，提高焊接能力。

四、结语

激光复合焊将两种焊接方法结合起来，它采用了两者各自的优点，获得了最佳的焊接效果，更高的焊接速度与良好的焊缝搭桥能力。它是目前最先进的焊接方法之一，实现了高焊接速度与良好焊接质量的完美结合。激光复合焊技术是汽车工业中一种全新的焊接技术，尤其是对于激光束焊无法实现或在经济上不可行的装配间隙要求。它具有宽广的应用范围和高效的特性,同时减少投资成本、缩短生产时间、节约生产成本和提高生产率，具有更强的竞争力。