簡介：

          激發電子或分子使其在轉換成能量的過程中產(chan) 生集中且相位相同的光束，Laser來自Light Amplification by Stimulated Emission Radiation的第一個(ge) 字母所組成。
         由光學震蕩器及放在震蕩器空穴兩(liang) 端鏡間的介質所組成。介質受到激發至高能量狀態時，開始產(chan) 生同相位光波且在兩(liang) 端鏡間來回反射，形成光電的串結效應，將光波放大，並獲得足夠能量而開始發射出激光。 激光亦可解釋成將電能、化學能、熱能、光能或核能等原始能源轉換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光的電磁輻射束的一種設備。轉換形態在某些固態、液態或氣態介質中很容易進行。

         當這些介質以原子或分子形態被激發，便產(chan) 生相位幾乎相同且近乎單一波長的光束-----激光。由於(yu) 具同相位及單一波長，差異角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳(chuan) 送的距離相當長。

         世界上的第一個(ge) 激光束於(yu) 1960年利用閃光燈泡激發紅寶石晶粒 所產(chan) 生，因受限於(yu) 晶體(ti) 的熱容量，隻能產(chan) 生很短暫的脈衝(chong) 光束且頻率很低。雖然瞬間脈衝(chong) 峰值能量可高達10^6瓦，但仍屬於(yu) 低能量輸出。 使用釹（ND）為(wei) 激發元素的釔鋁石榴石晶棒（Nd:YAG）可產(chan) 生1---8KW的連續單一波長光束。YAG激光，波長為(wei) 1.06uM，可以通過柔性光纖連接到激光加工頭，設備布局靈活，適用焊接厚度0.5-6mm。 使用CO2為(wei) 激發物的CO2激光（波長10.6uM），輸出能量可達25KW，可做出2mm板厚單道全滲透焊接，工業(ye) 界已廣泛用於(yu) 金屬的加工上。
         屬於(yu) 熔融焊接，以激光束為(wei) 能源，衝(chong) 擊在焊件接頭上。 激光束可由平麵光學元件（如鏡子）導引，隨後再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。 激光焊接屬非接觸式焊接，作業(ye) 過程不需加壓，但需使用惰性氣體(ti) 以防熔池氧化，填料金屬偶有使用。 激光焊可以與(yu) MIG焊組成激光MIG複合焊，實現大熔深焊接，同時熱輸入量比MIG焊大為(wei) 減小。
         （1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區金相變化範圍小，且因熱傳(chuan) 導所導致的變形亦最低。

         （2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數業(ye) 經檢定合格，可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用。          （3）不需使用電極，沒有電極汙染或受損的顧慮。且因不屬於(yu) 接觸式焊接製程，機具的耗損及變形接可降至最低。          （4）激光束易於(yu) 聚焦、對準及受光學儀(yi) 器所導引，可放置在離工件適當之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導引，其他焊接法則因受到上述的空間限製而無法發揮。

         （5）工件可放置在封閉的空間（經抽真空或內(nei) 部氣體(ti) 環境在控製下）。

         （6）激光束可聚焦在很小的區域，可焊接小型且間隔相近的部件。

         （7）可焊材質種類範圍大，亦可相互接合各種異質材料。

         （8）易於(yu) 以自動化進行高速焊接，亦可以數位或電腦控製。

         （9）焊接薄材或細徑線材時，不會(hui) 像電弧焊接般易有回熔的困擾。

         （10）不受磁場所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對準焊件。

         （11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩(liang) 種金屬

         （12）不需真空，亦不需做X射線防護。

         （13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達10:1

         （14）可以切換裝置將激光束傳(chuan) 送至多個(ge) 工作站。

優缺點

         （1）焊件位置需非常精確，務必在激光束的聚焦範圍內(nei) 。

         （2）焊件需使用夾治具時，必須確保焊件的最終位置需與(yu) 激光束將衝(chong) 擊的焊點對準。

         （3）最大可焊厚度受到限製滲透厚度遠超過19mm的工件，生產(chan) 線上不適合使用激光焊接。

         （4）高反射性及高導熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會(hui) 受激光所改變。

         （5）當進行中能量至高能量的激光束焊接時，需使用等離子控製器將熔池周圍的離子化氣體(ti) 驅除，以確保焊道的再出現。

         （6）能量轉換效率太低，通常低於(yu) 10%。

         （7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。

         （8）設備昂貴。

          為(wei) 了消除或減少激光焊接的缺陷,更好地應用這一優(you) 秀的焊接方法,提出了一些用其它熱源與(yu) 激光進行複合焊接的工藝,主要有激光與(yu) 電弧、激光與(yu) 等離子弧、激光與(yu) 感應熱源複合焊接、雙激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施，如激光填絲(si) 焊（可細分為(wei) 冷絲(si) 焊和熱絲(si) 焊）、外加磁場輔助增強激光焊、保護氣控製熔池深度激光焊、激光輔助攪拌摩擦焊等。
         (1)功率密度。 功率密度是激光加工中最關(guan) 鍵的參數之一。采用較高的功率密度，在微秒時間範圍內(nei) ，表層即可加熱至沸點，產(chan) 生大量汽化。因此，高功率密度對於(yu) 材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對於(yu) 較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經曆數毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳(chuan) 導型激光焊接中，功率密度在範圍在10^4~10^6W/CM^2。

         (2)激光脈衝(chong) 波形。 激光脈衝(chong) 波形在激光焊接中是一個(ge) 重要問題，尤其對於(yu) 薄片焊接更為(wei) 重要。當高強度激光束射至材料表麵，金屬表麵將會(hui) 有60~98%的激光能量反射而損失掉，且反射率隨表麵溫度變化。在一個(ge) 激光脈衝(chong) 作用期間內(nei) ，金屬反射率的變化很大。

         (3)激光脈衝(chong) 寬度。 脈寬是脈衝(chong) 激光焊接的重要參數之一，它既是區別於(yu) 材料去除和材料熔化的重要參數，也是決(jue) 定加工設備造價(jia) 及體(ti) 積的關(guan) 鍵參數。

         (4)離焦量對焊接質量的影響。 激光焊接通常需要一定的離做文章一，因為(wei) 激光焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開激光焦點的各平麵上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩(liang) 種：正離焦與(yu) 負離焦。焦平麵位於(yu) 工件上方為(wei) 正離焦，反之為(wei) 負離焦。按幾何光學理論，當正負離焦平麵與(yu) 焊接平麵距離相等時，所對應平麵上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與(yu) 熔池的形成過程有關(guan) 。實驗表明，激光加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬並出現問分汽化，形成市壓蒸汽，並以極高的速度噴射，發出耀眼的白光。與(yu) 此同時，高濃度汽體(ti) 使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內(nei) 部功率密度比表麵還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳(chuan) 遞。所以在實際應用中，當要求熔深較大時，采用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。

應用領域

         1、製造業(ye) 應用  激光拚焊(TailoredBlandLaserWelding)技術在國外轎車製造中得到廣泛的應用，據統計，2000年全球範圍內(nei) 剪裁坯板激光拚焊生產(chan) 線超過100條，年產(chan) 轎車構件拚焊坯板7000萬(wan) 件，並繼續以較高速度增長。國內(nei) 生產(chan) 的引進車型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板結構。日本以CO2激光焊代替了閃光對焊進行製鋼業(ye) 軋鋼卷材的連接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無法熔焊，但通過有特殊輸出功率波形的YAG激光焊得以成功，顯示了激光焊的廣闊前途。日本還在世界上首次成功開發了將YAG激光焊用於(yu) 核反應堆中蒸氣發生器細管的維修等，在國內(nei) 蘇寶蓉等還進行了齒輪的激光焊接技術。

         2、粉末冶金領域  隨著科學技術的不斷發展，許多工業(ye) 技術上對材料特殊要求，應用冶鑄方法製造的材料已不能滿足需要。由於(yu) 粉末冶金材料具有特殊的性能和製造優(you) 點，在某些領域如汽車、飛機、工具刃具製造業(ye) 中正在取代傳(chuan) 統的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發展，它與(yu) 其它零件的連接問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的應用受到限製。在八十年代初期，激光焊以其獨特的優(you) 點進入粉末冶金材料加工領域，為(wei) 粉末冶金材料的應用開辟了新的前景，如采用粉末冶金材料連接中常用的釺焊的方法焊接金剛石，由於(yu) 結合強度低，熱影響區寬特別是不能適應高溫及強度要求高而引起釺料熔化脫落，采用激光焊接可以提高焊接強度以及耐高溫性能。

         3、汽車工業(ye)   20世紀80年代後期，千瓦級激光成功應用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) ，而今激光焊接生產(chan) 線已大規模出現在汽車製造業(ye) ，成為(wei) 汽車製造業(ye) 突出的成就之一。德國奧迪、奔馳、大眾(zhong) 、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車製造廠早在20世紀80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側(ce) 框等鈑金焊接，90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車製造，盡管起步較晚，但發展很快。意大利菲亞(ya) 特在大多數鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接，日本的日產(chan) 、本田和豐(feng) 田汽車公司在製造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝，高強鋼激光焊接裝配件因其性能優(you) 良在汽車車身製造中使用得越來越多，根據美國金屬市場統計，至2002年底，激光焊接鋼結構的消耗將達到70000t比1998年增加3倍。根據汽車工業(ye) 批量大、自動化程度高的特點，激光焊接設備向大功率、多路式方向發展。在工藝方麵美國Sandia國家實驗室與(yu) PrattWitney聯合進行在激光焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲(si) 的研究，德國不萊梅應用光束技術研究所在使用激光焊接鋁合金車身骨架方麵進行了大量的研究，認為(wei) 在焊縫中添加填充餘(yu) 屬有助於(yu) 消除熱裂紋，提高焊接速度，解決(jue) 公差問題，開發的生產(chan) 線已在奔馳公司的工廠投入生產(chan) 。

         4、電子工業(ye)   激光焊接在電子工業(ye) 中，特別是微電子工業(ye) 中得到了廣泛的應用。由於(yu) 激光焊接熱影響區小加熱集中迅速、熱應力低，因而正在集成電路和半導體(ti) 器件殼體(ti) 的封裝中，顯示出獨特的優(you) 越性，在真空器件研製中，激光焊接也得到了應用，如鉬聚焦極與(yu) 不鏽鋼支持環、快熱陰極燈絲(si) 組件等。傳(chuan) 感器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，采用傳(chuan) 統焊接方法難以解決(jue) ，TIG焊容易焊穿，等離子穩定性差，影響因素多而采用激光焊接效果很好，得到廣泛的應用。

         5、生物醫學  生物組織的激光焊接始於(yu) 20世紀70年代，Klink等及jain[13]用激光焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的優(you) 越性，使更多研究者嚐試焊接各種生物組織，並推廣到其他組織的焊接。有關(guan) 激光焊接神經方麵目前國內(nei) 外的研究主要集中在激光波長、劑量及其對功能恢複以及激光焊料的選擇等方麵的研究，劉銅軍(jun) 進行了激光焊接小血管及皮膚等基礎研究的基礎上又對大白鼠膽總管進行了焊接研究。激光焊接方法與(yu) 傳(chuan) 統的縫合方法比較，激光焊接具有吻合速度快，愈合過程中沒有異物反應，保持焊接部位的機械性質，被修複組織按其原生物力學性狀生長等優(you) 點將在以後的生物醫學中得到更廣泛的應用。

         6、其他領域  在其他行業(ye) 中，激光焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國內(nei) 進行了許多研究，如對BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等激光焊接，德國玻璃機械製造商GlamacoCoswig公司與(yu) IFW接合技術與(yu) 材料實驗研究院合作開發出了一種用於(yu) 平板玻璃的激光焊接新技術。