激光焊接是激光加工材料加工技術應用的重要方麵之一。70年代主要用於(yu) 焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬於(yu) 熱傳(chuan) 導型，即激光輻射加熱工件表麵，表麵熱量通過熱傳(chuan) 導向內(nei) 部擴散，通過控製激光脈衝(chong) 的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。由於(yu) 激光焊接作為(wei) 一種高質量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纖傳(chuan) 輸技術的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研製成功，使其在機械製造、航空航天、汽車工業(ye) 、粉末冶金、生物醫學微電子行業(ye) 等領域的應用越來越廣。

　　目前的研究主要集中於(yu) C02激光和YAG激光焊接各種金屬材料時的理論，包括激光誘發的等離子體(ti) 的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控製、複合焊接、激光焊接現象及小孔行為(wei) 、焊接缺陷發生機理與(yu) 防止方法等，並對鎳基耐熱合金、鋁合金及鎂合金的焊接性，焊接現象建模與(yu) 數值模擬，鋼鐵材料、銅、鋁合金與(yu) 異種材料的連接，激光接頭性能評價(jia) 等方麵做了一定的研究[1]。

激光焊接原理：

　　激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表麵，通過激光與(yu) 金屬的相互作用，金屬吸收激光轉化為(wei) 熱能使金屬熔化後冷卻結晶形成焊接。圖1顯示在不同的輻射功率密度下熔化過程的演變階段[2]，激光焊接的機理有兩(liang) 種：

　　1、熱傳(chuan) 導焊接 當激光照射在材料表麵時，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，將光能轉化為(wei) 熱能而加熱熔化，材料表麵層的熱以熱傳(chuan) 導的方式繼續向材料深處傳(chuan) 遞，最後將兩(liang) 焊件熔接在一起。

　　2、激光深熔焊 當功率密度比較大的激光束照射到材料表麵時，材料吸收光能轉化為(wei) 熱能，材料被加熱熔化至汽化，產(chan) 生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表麵時產(chan) 生的反作用力下，使熔化的金屬液體(ti) 向四周排擠，形成凹坑，隨著激光的繼續照射，凹坑穿人更深，當激光停止照射後，凹坑周邊的熔液回流，冷卻凝固後將兩(liang) 焊件焊接在—起。

　　這兩(liang) 種焊接機理根據實際的材料性質和焊接需要來選擇，通過調節激光的各焊接工藝參數得到不同的焊接機理。這兩(liang) 種方式最基本的區別在於(yu) ：前者熔池表麵保持封閉，而後者熔池則被激光束穿透成孔。傳(chuan) 導焊對係統的擾動較小，因為(wei) 激光束的輻射沒有穿透被焊材料，所以，在傳(chuan) 導焊過程中焊縫不易被氣體(ti) 侵入；而深熔焊時，小孔的不斷關(guan) 閉能導致氣孔。傳(chuan) 導焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉換，由傳(chuan) 導方式向小孔方式的轉變取決(jue) 於(yu) 施加於(yu) 工件的峰值激光能量密度和激光脈衝(chong) 持續時間。激光脈衝(chong) 能量密度的時間依賴性能夠使激光焊接在激光與(yu) 材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉變，即在相互作用過程中焊縫可以先在傳(chuan) 導方式下形成，然後再轉變為(wei) 小孔方式。
目前激光焊應用領域的擴大，主要應用於(yu) ：製造業(ye) 應用、粉末冶金領域、汽車工業(ye) 、電子工業(ye) 、生物醫學、其他領域如對BT20鈦合金[22]、HEl30合金[23]、Li-ion電池[24]等激光焊接。

　　激光焊接的特點是被焊接工件變形極小，幾乎沒有連接間隙，焊接深度/寬度比高，因此焊接質量比傳(chuan) 統焊接方法高。但是，如向保證激光焊接的質量，也就是激光焊接過程監測與(yu) 質量控製是一個(ge) 激光利用領域的重要內(nei) 容，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳(chuan) 感器，通過電子計算機處理，針對不同焊接對象和要求，實現諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質量監測等項目，通過反饋控製調節焊接工藝參數，從(cong) 而實現自動化激光焊接。 在激光焊接中，光束焦點位置是最關(guan) 鍵的控製工藝參數之一，在一定激光功率和焊接速度下，隻有焦點處於(yu) 最佳位置範圍內(nei) 才能獲得最大熔深和好的焊縫形狀。在實際激光焊接中，為(wei) 了避免和減少影響焦點位置穩定性的因素，需要專(zhuan) 門的夾緊和設備技術，這種設備的精確程度與(yu) 激光焊接的質量高低是相輔相成的。

一、激光焊接的主要特性

　　與(yu) 其它傳(chuan) 統焊接技術相比，激光焊接的主要優(you) 點是：

　　1、速度快、深度大、變形小。

　　2、能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接設備裝置簡單。例如，激光通過電磁場，光束不會(hui) 偏移；激光在真空、空氣及某種氣體(ti) 環境中均能施焊，並能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。

　　3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，並能對異性材料施焊，效果良好。

　　4、激光聚焦後，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。

　　5、可進行微型焊接。激光束經聚焦後可獲得很小的光斑，且能精確定位，可應用於(yu) 大批量自動化生產(chan) 的微、小型工件的組焊中。

　　6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來， 在YAG激光加工技術中采用了光纖傳(chuan) 輸技術，使激光焊接技術獲得了更為(wei) 廣泛的推廣和應用。
7、激光束易實現光束按時間與(yu) 空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為(wei) 更精密的焊接提供了條件。

　　但是，激光焊接也存在著一定的局限性：

　　1、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因為(wei) 激光聚焦後光斑尺雨寸小，焊縫窄，為(wei) 加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾。

　　2、激光器及其相關(guan) 係統的成本較高，一次性投資較大。

二、激光焊接熱傳(chuan) 導

　　激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表麵，通過激光與(yu) 金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。在激光與(yu) 金屬的相互作用過程中，金屬熔化僅(jin) 為(wei) 其中一種物理現象。有時光能並非主要轉化為(wei) 金屬熔化，而以其它形式表現出來，如汽化、等離子體(ti) 形成等。然而，要實現良好的熔融焊接，必須使金屬熔化成為(wei) 能量轉換的主要形式。為(wei) 此，必須了解激光與(yu) 金屬相互作用中所產(chan) 生的各種物理現象以及這些物理現象與(yu) 激光參數的關(guan) 係，從(cong) 而通過控製激光參數，使激光能量絕大部分轉化為(wei) 金屬熔化的能量，達到焊接的目的。

三、激光焊接的工藝參數

　　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104~106W/CM2。

　　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焦，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。#p#分頁標題#e#

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，當正負離做文章一相等時，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。