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激光焊接技术最新研究进展及应用现状陈军

发表时间：2020/10/29 来源：《建筑科技信息》2020年第6期作者：陈军张立朝杨伟欣

[导读] 随着社会生产的发展，传统焊接技术已经不能满足社会发展的需求。机关焊接技术因其能量密度高、方向性强、控制性能好等优势，在电子产业、制造业和医疗行业得到了广泛应用

摘要：随着社会生产的发展，传统焊接技术已经不能满足社会发展的需求。机关焊接技术因其能量密度高、方向性强、控制性能好等优势，在电子产业、制造业和医疗行业得到了广泛应用，本文主要对激光焊接技术的应用现状和研究进展进行阐述，以供参考。
关键词：激光焊接技术；研究进展；应用现状

        引言
        激光焊接技术即利用激光在需要焊接的部位打激光束，然后所需焊接部位会由此产生较高的热量进而融化，最终达到焊接的目的。距离激光第一次运用在实际生活中，已经有五十年了，在这五十年里，人们对激光做了很多方面的应用研究，激光技术也随着年限的增多而不断发展，并且随着它的应用范围越来越广泛，激光技术已经成为了材料加工技术界的新星。
        1激光焊接原理及优势
        激光焊接实际上是光能向热能转换的作用过程，激光照射到待焊接金属表面，金属吸收光能后温度升高并熔化形成熔池，冷却后形成焊缝，实现焊接。在焊接过程中，由于熔池温度极高导致部分金属气化形成等离子体。激光加工技术具有以下几点优势：（1）工艺集成性强，材料加工步骤繁琐，包括打磨、切割、打孔、焊接等多道工序，普通技术加工耗时长，且容易浪费资源，激光加工技术可实现在同一台设备完成多种加工工艺，从而大大提升工作效率，提升经济效益；（2）材料适用范围广，激光加工技术可对不同种类材料加工，既可对硬质合金材料、耐热合金材料等高强度、高硬度、高熔点的金属材料加工，又可加工高硬度、脆性大的非金属材料，如宝石、陶瓷、玻璃等，同时激光加工技术对工作环境要求比较低，可以在大气、真空甚至个别特殊极端工作环境下工作；（3）加工精度及效率高，由于激光的能量密度高，可瞬时完成加工任务，因此热影响区小，同时加工方式为非接触式，工件变形小，能够极大保证加工质量，降低加工成本。
        2激光焊接技术应用的现状
        2.1在航空航天领域的应用
        在航空航天领域，常用焊接技术有：激光焊接、电子束焊、搅拌摩擦焊、扩散焊、线性摩擦焊等，其中，激光焊接技术应用最为普遍，在该领域中占据重要地位。激光焊接技术被广泛应用于航空航天设备制造中，尤其是武器与飞行器的制造，飞机蒙皮拼接，蒙皮、长衍的焊接，薄壁零件制造、机身附件装配等上，激光焊接技术不可或缺。激光焊接技术的应用，提高了飞机的结构性能，减轻了基体的质量。实际上，在二十世纪七十年代，美国飞机制造业中就对激光焊接技术展开试验。以激光焊接代替铆钉铆接，机身净重量减轻15%，飞机制造成本下降25%，提高了运载量，降低了耗油量。虽然，我国引入激光焊接技术的时间较短，但是，科学技术的不断发展，5kW工业用的CO2激光器已经被广泛应用于我国航空制造业中，10kW激光器也逐渐被引入工程中。
        2.2汽车制造业的应用
        在制造汽车的过程中，激光焊接技术的运用可以有效保障汽车质量，而运用最先进的激光焊接技术也能有效提高制造人员的工作效率。早在上世纪，激光焊接技术就已经被运用在汽车制造业中，著名的奔驰和大众等品牌都采用了这一技术，并且随着激光焊接技术的日渐完善，其应用的汽车制造企业也越来越多。激光焊接技术的有效运用为各大汽车制造企业争夺了不少的经济效益。然而我国当前采用激光焊接技术的汽车制造企业数量还较少，但是随着我国市场前景越来越好，相信激光焊接技术必将成为汽车制造企业的工艺主流。
        2.3电子工业的应用
        激光在微小范围内快速加热的特性恰好满足集成电路和电路板等微小电子器件的焊接需求。同时，在进行激光脉冲焊接时，可以通过控制脉冲时间和脉冲峰值等参数使每个脉冲周期只在被焊件上形成一个焊点，保证了加工精度。

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基于以上两个优势，激光焊接被广泛应用在微电子工业中。与传统焊接方法相比，利用激光进行密封连接，不仅能增强连接部位的强度和气密性，更有助于实现焊接过程的自动化。由此可见，激光焊接技术对微电子制造产业的发展有巨大的推进作用。
        2.4在生物医学的应用
        激光焊接技术在诞生十年后就被运用在了生物医学方面，距今已有将近四十年的历史。激光焊接技术在生物医学方面有着许多赫赫有名的战绩，为人们的医学难题作出了卓越的贡献。曾经有一名医学人员利用激光焊接技术，把一名正处于危险中的孕妇抢救了回来，由此开展了在生物医学方面运用激光焊接技术的先河，他的案例也为后来的很多医学人员所模仿，随后，更多的医学人员开始自主进行其他的激光焊接技术在医学方面的应用，最终，激光焊接技术成为了生物医学方面的重要手段之一。部分医学人员甚至将生物医学方面的运用开始转移到其它方面的运用，他们大胆假设，并且获得了成功，可以说对人类的贡献是非常大的。此外，在牙科方面，运用激光焊接的例子也很多，它能够帮助病人改善牙齿状况，让病人的牙齿恢复健康的姿态。
        3激光焊接技术最新研究进展
        采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深度比，与传统焊接技术相比，具有较大的功率密度，对难以焊接的材料有较好的焊接效果，能够对不同性能的材料进行焊接。因此国内外学者对其进行了大量的研究。国内对激光工艺的研究主要集中于从各焊接工艺的焊接速度、激光功率、离焦量、激光脉冲波形和保护气流量等参数上，并进一步对焊接接头的力学性能、组织演变和调控等进行了深入研究。激光压力焊接是一种独特的激光焊接技术，该技术将激光诱导加热与传统的平滚焊相结合。激光压力焊接的工作原理是：将需焊接的工件用激光束局部熔化，然后在高压下轧制产生焊接接头。由于熔化区相对狭窄，避免了产生收缩和气体腔等焊接缺陷，该技术还可用于连接薄板。北京工业大学激光工程研究院黄婷副教授团队研究了纯铝激光压力焊接过程中的组织演变，。该团队研究了纯铝焊接过程中微观组织演变的基本方面。通过深入分析激光压力焊接过程中试件的微观组织，推断出在轧制之前就开始了凝固过程，因此新结晶的材料经历了塑性应变。
        4激光焊接技术的未来展望
        目前为止，激光焊接技术聚焦点较小，在材料焊接过程中，黏连效果较高，几乎不会损伤材料本身质量，传统焊接技术的后续处理可以忽略。随着激光焊接技术不断发展，其的聚焦点将进一步缩小，黏连性进一步提高，能够彻底避免损伤材料或导致材料变形，焊接技术的后续处理可直接跳过，焊接技术的效率明显提升。当前，激光焊接技术仍存在成本较高、焊接配件要求较高等缺陷，相信，我国未来的激光焊接技术将更加完善，应用成本也能得到控制，不需要对焊接配件提出较高要求，即可快速完成激光焊接。
        结语
        综上所述，激光焊接技术在实际应用中有着传统焊接技术所无法比拟的应用优势，该技术不仅具有极高的能量密度，而且不依赖于真空环境，不会受到导电材料的影响，正是这些技术优势，使其不仅在服务业、农业等基础领域中得到了广泛应用，在生物医学、钢铁生产、精密仪器制造等高端领域中也崭露头角。并且，在智能化技术的带动下，激光焊接技术也将向着智能化的方向发展，越来越多先进的激光器也将相继被研制出来，这些都将为激光焊接技术的快速发展提供强大的技术支撑。
        参考文献
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        [4]马国栋，王延深，史小田，等.激光焊接头焊缝自动检测及跟踪研究[J].激光与光电子学进展，2018（11）：382-384.