激光焊接技术

第1篇：激光焊接技术

水下激光焊接技术的应用

海洋工程结构因常年在海上工作，其工作环境极为恶劣，除受到结构的工作载荷外，还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外，石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋结构的主要部分在水下，服役后焊接接头的检查和修补很困难，费用也高，一旦发生重大结构损伤或倾覆事故，将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋石油和天然气工业的发展,海洋管道工程日益向深海挺进,我国作为一个发展中的沿海大国,国民经济要持续发展,就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。

水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，目前，世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展，除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出现了一些新的水下焊接方法。但是，从各国海洋开发的前景来看，水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此，加强这方面的研究，无论是对现在或将来，都将是一项非常有意义的工作。

湿法水下焊接

湿法焊接中，水下焊接的基本问题表现最为突出。因此采用这类方法难以得到质量好的焊接接头，尤其在重要的应用场合，湿法焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性强等优点。所以，近年来各国对这种方法仍在继续进行研究，特别是涂药焊条和手工电弧焊，在今后一段时期还会得到进一步的应用。在焊条方面，比较先进的有英国Hydroweld公司发展的Hydroweld FS水下焊条，美国的专利水下焊条7018’S 焊条，以及德国Hanover大学基于渣气联合保护对熔滴过渡的影响和保护机理所开发的双层自保护药芯焊条。美国的Stephen Liu等人在焊条药皮中加入锰、钛、硼和稀土元素，改善了焊接过程中的焊接性能，细化了焊缝微观组织。水下焊条的发展促进了湿法水下焊接技术的应用。目前，在国、内外都有采用水下湿法焊条电弧焊技术进行水下焊接施工的范例。

药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势。英国TWI与乌克兰巴顿研究所成功开发了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝结构、控制系统及其焊接工艺。华南理工大学机电工程系刘桑、钟继光等人开发了一种药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法，从实用经济的角度出发,完全依靠焊接时自身所产生的气体以及水汽化产生的水蒸气排开水而形成一个稳定的局部无水区域,使得电弧能在其中稳定的燃烧。微型排水罩的尺寸和结构决定了焊接过程中无水区(局部排水区)的大小和稳定程度。除此之外，他们还通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统，采集出了药芯焊丝水下焊接电弧区域图像，从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。

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第2篇：铝合金激光焊接技术

一、铝合金激光焊接的发展

铝合金密度低，但强度比较高，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金的广泛应用促进了铝合金焊接技术的发展，同时焊接技术的发展又拓展了铝合金的应用领域，因此铝合金的焊接技术正成为研究的热点之一。

不过，铝合金本身的特性使得其相关的焊接技术面临着一些亟待解决的问题：表面难溶的氧化膜、接头软化、易产生气孔、容易热变形以及热导率过大等。以往的生产实践中，铝合金的焊接常用钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。虽然这两种焊接方式能量密度较大，焊接铝合金时能获得良好的接头，但仍然存在熔透能力差、焊接变形大、生产效率低等缺点。用这些传统的、应用于黑色金属的焊接方法焊接铝合金，并不能达到工业上高效、无缺陷、性能佳的要求，于是人们开始寻求新的焊接方法，20世纪中后期激光技术逐渐开始应用于工业。欧洲空中客车公司生产的A340飞机机身，就采用激光焊接技术取代原有的铆接工艺，使机身的重量减轻18 %左右，制造成本降低了近25 %。德国奥迪公司A2和A8全铝结构轿车也获益于铝合金激光焊接技术的开发和应用。这些成功的事例大大促使对激光焊接铝合金的研究，激光技术已经成为了未来铝合金焊接技术的主要发展方向，因为激光焊接具有其独特的优点：

(1) 能量密度高，热输入量小，焊接变形小，能得到窄的熔化区和热影响区以及熔深大的焊缝。

(2) 冷却速度快，焊缝组织微细，故焊接接头性能良好。

(3)焊接能量可精确控制，可靠性高，针对不同的要求有较高的适应性。 (4)可进行微型焊接或实现远距离传输，不需要真空装置，利于大批量自动化生产。

二、激光焊接铝合金的难点及解决措施 1.铝合金表面的高反射性和高导热性

这一特点可以用铝合金的微观结构来解释。由于铝合金中存在密度很大的自由电子，自由电子受到激光(强烈的电磁波)强迫震动而产生次级电磁波，造成强烈的反射波和较弱的透射波，因而铝合金表面对激光具有较高的反射率和很小

吸收率。同时，自由电子的布朗运动受激而变得更为剧烈，所以铝合金也具有很高的导热性。

针对铝合金对激光的高反射性，国内外学者都作了大量研究，试验结果表明，进行适当的表面预处理如喷砂处理、砂纸打磨、表面化学浸蚀、表面镀、石墨涂层、空气炉中氧化等均可以降低光束反射，有效地增大铝合金对光束能量的吸收。另外，从焊接结构设计方面考虑，在铝合金表面人工制孔或采用光收集器形式接头，开V形坡口或采用拼焊(拼接间隙相当于人工制孔) 方法，都可以增加铝合金对激光的吸收，获得较大的熔深。另外，还可以利用合理设计焊接缝隙来增加铝合金表面对激光能量的吸收(如图1)。从图上可以直观的反应出，将焊缝和激光束的位置关系由图1(a)改为图1(b)或图1(c)，使激光束与缝壁有一定角度后，激光束能够在缝隙内多次反射，形成一个人工小孔，增加了焊件对激光能量的吸收。

图1 改变焊缝几何形状

2. 小孔的诱导和维持

小孔的诱导和维持是铝合金激光焊接中的特有困难，这是由铝合金材料特性和激光光学特性造成的。激光焊接的过程中，小孔可看成是铝合金的黑体，能大大提高材料对激光的吸收率，为母材获得更多的能量耦合，这有利于提高焊接接头的质量。但由于铝合金的高反射性和高导热性，要诱导小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。而铝元素以及铝合金中的Mg、Zn、Li沸点低、易蒸发且蒸汽压大，虽然这有助于小孔的形成，但等离子体的冷却作用(等离子体对能量的屏蔽和吸收，减少了激光对母材的能量输入)使得等离子体本身“过热”，却阻碍了小孔维持连续存在。

由于能量密度阈值的高低本质上受其合金成分的控制，因此可以通过控制工艺参数，选择确定激光功率保证合适的热输入量，有助于获得稳定的焊接过程。另外，能量密度阈值一定程度上还受到保护气体种类的影响。研究表明，激光焊接铝合金时使用N2气时可较容易地诱导出小孔,而使用He气则不能诱导出小孔。这是因为N2和Al之间可发生放热反应，生成的Al-N-O 三元化合物提高了对激光吸收率。

三、激光焊接铝合金容易产生的缺陷及消除方法 1.气孔

铝合金激光焊接的主要缺陷之一是气孔，焊缝气孔的形成机理比较复杂，一般认为存在两类气孔:氢气孔和由于小孔的破灭而产生的气孔。氢气孔是由于氢(主要来自表层的湿气与微量水)在熔池金属中的可溶性引起的，激光焊接冷却速度极快，导致氢的溶解度急剧下降形成氢气孔。由于小孔塌陷而形成的孔洞，主要是由于小孔表面张力大于蒸气压力，不能维持稳定而塌陷，液态金属来不及填充就造成孔洞。另外，低熔点、高蒸气压合金元素蒸发导致气孔，表面氧化膜在焊接过程中溶解到熔池中也会形成气孔。

从氢气孔的形成原理可知，表层物质是氢元素的主要来源，因此选择正确的焊前表面预处理可以有效地减少氢气孔的产生。对于由小孔塌陷引发的气孔，则要求选择适当的保护气体并合理控制流量流速，在条件允许下采用高功率、高速度、大离焦量(负值) 的焊接方式，可以进一步消除气孔的产生。

2.热裂纹

铝合金的焊接裂纹都是热裂纹，与冷却时间(或焊接速度)密切有关，主要有结晶裂纹和液化裂纹。铝合金激光焊接产生的结晶裂纹是由于焊缝金属结晶时在晶界处形成低熔点共晶化合物导致的，焊缝金属氧化生成的Al2O3和AlN也会成为微裂纹的扩展源。液化裂纹是熔化的铝合金在凝固过程中局部塑性变形量超过其本身所能承受的变形量的结果。

目前常用的消除热裂纹的方法是使用填充材料，即填丝，这能有效地防止焊接热裂纹，提高接头强度。此外，调整激光能量的输入方式，合理选择脉冲点焊时的脉冲波形，焊缝熔化凝固重复进行，以降低熔池凝固时的凝固速度，这种在凝固过程中增加热循环的控制方法同样可以减少结晶裂纹。

3.Mg、Zn等元素的烧损

使用激光焊接铝合金时，焊缝的加热和凝固速度都非常快，这使得Mg，Zn 等低熔点强化元素发生烧损，导致焊缝硬度和强度下降。Mg 的沸点为1 380 K，比Al 的2 727 K低，Mg首先蒸发烧损。烧损现象使得焊缝成型时的晶粒大小严重不均匀，从金属学角度讲，大晶粒的存在破坏合金元素的强化作用，导致焊缝的强度明显比母材低。

防止合金元素的烧损主要从控制合金成分入手，在保证铝合金质量和接头要求的前提下，降低Mg的含量，添加Mn、Si等元素。

四、铝合金激光焊接的工艺参数

铝激光焊接的工艺参数主要有: 功率密度、焊接速度、焦点位置、保护气体种类及流量等，它们直接决定着焊缝成形。

1.功率密度

激光的功率密度是决定焊缝熔深的最主要因素。当其他工艺参数保持不变时，随着功率密度的增大，焊缝深宽比增大。因为功率密度增大时，蒸汽压力能克服熔化成液态金属的表面张力和静压力而形成小孔，小孔有助于吸收光束能量——“小孔效应”。但是如果功率密度过大，使金属强烈汽化，严重烧损合金，焊缝成型组织的晶粒过大，焊缝的硬度和强度均下降。并且，大量的光致等离子体的冷却和屏蔽作用，使得熔深反而下降。

2.焊接速度

在其他工艺参数不变的情况下，熔深随焊速的增加而减小，焊接效率随焊速的增加而提高。但是速度过快，到达焊缝处的线能量密度较低，会使熔深达不到焊接要求;速度过慢，则线能量密度过高，母材过度熔化和烧损，降低接头性能，甚至引发热裂纹。因此，对一特定厚度的铝合金工件，选择确定激光功率密度之后，存在着既能维持合适的焊缝深宽比又不会使工件过热的最佳焊速，这可以从以往的生产实践中总结经验或者查阅相关文献获得。

3.焦点位置

研究表明，铝合金激光焊接的焦点位置与熔深的关系如图2所示。我们可以看出，熔深随焦点位置的变化有一个跳跃性变化过程：当焦点处于偏离工件表面较大(2 mm) 时，工件表面光斑尺寸较大，因此光束能量密度较低，属于以热传

导为主的熔化焊，熔深较浅; 而当焦点靠近工件表面某一位置(2 mm) 时，工件表面入射光束能量密度值增大到临界值，产生小孔效应，因此熔深发生跳跃性增加。经试验得到，当焦点位置在工件表面上方1 mm 处时焊缝熔深最大。

图2 焦点位置对焊缝熔深的影响

4.保护气

和电子束焊接相比，激光焊接不需要真空环境，但焊接铝合金需采用保护气体，其目的是抑制光致等离子体，并排除空气使焊缝免受污染。光致等离子体的形成不仅来自被离子化的金属母材蒸汽，而且和保护气体本身性质也有很大的关系。通过增加电子与离子和中性原子三体碰撞来增加电子的复合速率，以降低等离子体中的电子密度。中性原子越轻，碰撞频率越高，复合速率越高;另一方面，保护气体本身的电离能应该高，不致因气体本身的电离而增加电子密度。铝合金激光焊接传统上采用的保护气体主要有三种：Ar、N

2、He。理论上He最轻且电离能最高，但是在较低功率、较高焊速下，由于等离子体很弱，不同保护气体差别很小。研究表明，在相同条件下，使用N2容易诱导小孔，主要是N2和Al 之间可发生放热反应，生成的Al-N-O 三元化合物对激光的吸收率要高一些，纯N2 会在焊缝中产生AlN 脆性相，同时易形成气孔。而采用惰性气体保护时，由于质轻而逸出，气孔形成机率小，因此采用混合气体保护效果较好。现在也有采用Ar-O2，N2-O2等气体进行铝合金激光焊接的研究越来越多。

五、先进的铝合金激光焊接技术 1.铝合金的激光-电弧复合焊

现在激光焊接铝合金还处于发展阶段，设备成本高、接头间隙允许度小、工件准备工序要求严等制约了纯激光焊接铝合金的应用。目前，激光-电弧复合焊在德国和日本等发达国家研究比较多，激光-电弧复合主要是激光与TIG电弧、MIG电弧及等离子体复合，分别如图

3、4所示。这种工艺在汽车制造业中已有一定的应用，如德国大众汽车公司的Phaeton前门上就有48处激光-M IG焊道，而且还可以用来焊接车体及轮轴。铝合金激光-电弧复合焊很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以及深熔焊的阈值等问题。这是因为焊接铝合金时，激光与电弧的相互影响，可以克服单用激光或电弧焊方法自身的不足，产生良好的复合效应——两种热源同时作用在一个相同区域的叠加效应——高的能量密度导致了高的焊接速度，显著提高焊接效率。

图3 激光-TIG复合焊接铝合金原理图

图4 激光-MIG复合焊接铝合金原理图

2.铝合金的双光束激光焊接

单束激光焊接铝合金时，由于小孔的塌陷而容易产生气孔。李俐群[10]等学者研究表明，采用如图5所示的双光束焊接铝合金，焊缝成形美观、无飞溅或凹坑等缺陷，对焊接参数适应性更好;等离子体稳定性提高;气孔大大减少。这是因为采用双光束激光焊接时，第一束激光产生熔池，并对焊接区域附近进行预热积累热量。当第二束激光照射该处时，更多的母材能够熔化，从而使得形成焊缝更宽。同时，第二束激光能把第一束激光形成的小孔后壁气化，防止其塌陷，大大减小了形成气孔的几率。双光束激光焊接铝合金的技术已经在德国军用飞机EADS进气管的焊接上得到了应用。

图5 双光束激光焊接铝合金的原理图

3.铝合金激光填丝焊技术

在新兴的铝合金焊接技术中，搅拌摩擦焊需要针对被焊母材的形状和接口要求设计专用夹具，铝合金激光填丝技术则解决了对工件装夹、拼装要求严的问题，而且用较小功率激光器就能实现厚板窄焊道的多层焊。另外通过调节焊丝成分，改善焊缝区组织性能，对裂纹等缺陷更易控制，显著提高铝合金焊接稳定性与适应性。铝合金激光填丝焊示意图如图6所示。

图6 铝合金激光填丝焊示意图

六、铝合金激光焊接的前景展望

前面已经提到，日本和德国等发达国家已经开始将激光焊接铝合金应用于汽车制造业。由于铝合金具有高比强度、耐锈蚀、热稳定性好、易成形、再生性好和简化结构等一系列优点，在汽车业中倍受青睐。大量的对比研究和反复实践证明，选用铝合金材料是实现汽车轻量化的有效途径。减轻汽车重量以降低能耗、减少污染、提高燃油效率，这是解决汽车节能和环保问题的最有效的措施。而激光焊接技术效率高、热影响区小、能获得良好的接头质量。在铝合金颇受汽车业青睐的大环境下，激光焊接铝合金将会成为越来越成熟的工艺，并被推广至船舶制造行业和航空航天产业。其实，上文也已经提到过，欧洲的空中客车已经在使用激光焊接铝合金的技术部分取代传统的铆接技术。这种自动化程度极高、质量稳定的焊接方式甚至能够满足载人航天和可重复使用航天器对焊接结构的可靠性提出了更高的要求。我们可以预见，铝合金激光焊接技术在近几年将成为航天焊接研究领域工作者热点之一。

第3篇：激光焊接技术的应用及发展

科技文献检索作业

题目：激光焊接技术的应用及发展班级：姓名：学号：

激光焊接技术的应用及发展

高伟

(沈阳工业大学 材料科学与工程学院 辽宁 沈阳)

摘 要：激光焊接作为一种新型的焊接方法，已经在越来越多的领域得到广泛的应用。本文对激光焊接技术的概况、国内外激光焊接技术的研究现状、激光焊接技术的应用、激光焊接技术的发展等方面进行了综述。希望对激光焊接技术的应用和发展有一个比较全面的了解。

关键字：激光焊接技术 应用领域 发展

Abstract: As a new technology, laser welding is widely applied in mangy fields. The general situation of laser welding technology, the research situation of domestic and foreign laser welding technology, application of laser welding technology and the development tend of laser welding technology are summaries in this paper. Through this paper we get a quite comprehensive understanding to the laser welding technology application and development. Key words: laser welding, application fields, development 引 言

激光焊接作为一种新型的焊接技术已被广泛的应用于IT、医疗、电子、汽车、机械和航天等行业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。由于具有很高的适应性、很强的加工能力以及更加先进的质量检测手段，激光焊接在许多行业已经逐步取代了一些传统的焊接技术。

1激光焊接技术的概况

目前激光焊接是激光工艺技术应用的核心内容,同样是目前大力发展的一种焊接技术。一些国外发达国家早已将激光焊接技术应用于工业生产方面,而国内在开发激光焊接技术的时候,州门还要拟定起一个匹配于我国工业的发展规划书。随着工业制造的持续发展,高效的加工技术将会是未来工业发展的必然趋势,而激光焊接则符合这一发展趋势。通过长期实践我们总结出,激光焊接在加工业的应用面非常宽,激光焊接术较之常规焊接技术其焊接品质更高,月加工更有效率。

激光焊接的特点是被焊接工件变形极小,焊接深度/宽度比高,热影响区小,因此焊接质量比传统焊接方法高,它们在工业上的应用越来越广泛。激光焊接还具有不受磁场的影响,不局限于导电材料,不需要真空的工作条件并且焊接过程中不产生X射线等优点。随着制造部门把自动化技术应用到焊接过程,激光和计算机控制的结合能够更好更精确地控制焊接过程,从而提高产品质量。保证激光焊接的质量,也就是激光焊接过程监测与质量控制也已成为激光利用领域的重要内容,包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器,通过电子计算机处理,针对不同焊接对象和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目,通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现自动化激光焊接。激光可以用于对很多材料的焊接,碳钢、低合金高强度钢、不锈钢、铝合金和钛合金等都可以用激光进行焊接。一般来说,激光焊接的速度跟激光功率成正比,也受到工件的材料类型和厚度的影响。激光焊接的应用也随着激光焊接技术的发展而日趋广泛,目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域。 2激光焊接技术的研究现状

目前,国内一些激光设备与生产单位主要生产kW级的CO2激光设备和1 kW以下的固体YAG激光设备。对激光焊接研究主要集中在激光焊接等离子体形成机理、特性分析、检测、控制、深熔激光焊接模拟、激光-电弧复合热源的应用、激光堆焊、超级钢焊接、水下激光焊接、宽板激光拼焊、填丝激光焊、铝合金激光焊、激光切割质量控制等。

清华大学彭云等人分析了超细晶粒钢的焊接性及激光焊接的特点,进行了400 M Pa和800 M Pa 2 种超细晶粒钢的激光焊接试验,并与等离子弧焊接、MAG焊接进行了比较。无论是碳钢或经合金强化的高强度钢,还是通过特殊冶金加工的高强度钢,在快速加热和冷却的激光焊条件下,一方面接头的硬度大大高于母材,使接头易产生裂纹;另一方面激光的再热作用使HAZ出现软化区。目前,对于高强度钢激光焊接性方面的研究还不足,其应用还缺少更多的数据,需进一步深入研究。

相关资料显示,激光的高能量密度不但可以融化金属,且还能够将金属完全汽化,而金属在气化后与激光束接触,就会出现等离子体。等离子体可以吸收激光束,同时还能够将激光进行反射,这样就会导致光斑聚焦发生偏移,这在很大程度上都影响着激光的焊接质量。因此控制等离子体,尉罢在激光焊接技术的主要问题。近年来国外开发了激光摆动法,其理论为将光束沿悍接方向反复摆动,时间在匙孔出现后和等离子体出现前,这样有效的防止了等离子体的出现。而相关资料显示,等离子体的内质密度为影响激光束传输的核心要素,其可以经磁场辐射遏制等离子体对激光束的屏蔽效应。

另外,我们还进行了一些难熔金属的焊接,如钨、钥、祖等,这些金属的熔点都在2600℃以上,用传统的焊接方法成品率低且质量不能保证,用激光焊接不仅工艺简单,而且成品率均在98%以上。对熔点温度相差很大的两种不同的金属进行激光焊接,例如铜和铁、钢和金、铬和钦、铁和钥、镍和铂等,都可收到很好的效果。激光焊接作为一种特殊的焊接工艺,正逐渐被人们所认识和使用,随着我国改革开放的不断深入,激光焊接技术一定会得到瞩目的发展。

3激光焊接技术的应用

伴随工业激光器的研发以及相关学者对焊接技术的研究,目前此技术已被广泛应用。不过因成本问题,应用激光焊接的基本都是量产焊接的行业,七以口造船业以及汽车制造业等等,同时很多投资较大的特殊行业也会应尾激光焊接技术。在欧美地区,激光焊接已被汽车业以及金属加工业所广泛应用二而在中国,激光焊接术还仅仅被应用在电气等工业。现阶段很多发达国家的主要绍齐来源都要依附于汽车工业,很多发达国家平均每年的汽车出产量少则数千万计,所以,制造技术的完善及发展,始全绪日是相关学者的主要研究课题。利用激光焊接技术,能够有效的控制车体的质量,而且还在很大程度上提高了车身的强度,最主要的是降低了汽车的生产成本。

近年来激光焊接技术已应用于造船领域,一般的船用板材都需要达到一定的厚度,且焊缝较长,所以焊接后的翘曲以及变形为造船业的一大问题。相关资料显示,通过普通焊接工艺,大概有四分之一的工作量都应尾到了船板的整型中。因为激光焊接有较高的能量密度,同时光斑范围较小,热影响范围较常规的弧焊要小很多,焊后无显著的变形从而激卿旱接技术十分适用于造船业。通过激光对塑料施焊,在发达国家已是非常成熟的技术,而此技术在国内正处于发展中。常规塑料焊接基本都是以高频焊、热熔焊以及振动摩擦焊为主,上述焊接技术难以达到那些结构繁琐、加工精度高领域白舫目关要求。 3.1激光焊接技术在汽车制造上的应用

工业上的激光焊接技术是目前激光工业中的第三大领域,在当今社会中已有大幅度的增长和广泛的应用。特别是在制造业的汽车产亚上,车身的部件大部分采用了激光的焊接技术,已取代我国传统的电阻电焊技术。激光焊接技术在国内外都有广泛的应用。例如日本本田汽车车门框和各种材料上的激光焊接。美国的福特汽车的中央门柱焊接技术。通过几个案例可以表明激户己焊接技术在汽车车身的制造上是非常可取的。激光技术不断随着社会改革发展而增加扩大范围,激光在工业上的用途也有了大幅度的提升。德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接,20世纪90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造,尽管起步较晚,但发展很快。意大利菲亚特在大多数钢板组件的焊接装配中采用了激光焊接,日本的日产、本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺,高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用得越来越多。 激光焊接还广泛应用到变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造,成为汽车零部件制造的标准工艺。应当看到我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术,而且从激光焊接技术本身研究的角度看,我国一些科研院所在一些具有特色的领域取得了具有特色的成果。随着我国汽车工业的快速发展,激光焊接技术一定会在汽车制造领域取得丰硕的成果和广泛的应用。

在电子工业中对激光焊接技术需求也是必不可少的。主要应用在显像管的电子枪,且在这方面上获得不错成绩,在日本的东芝公司中已成功的将焊接显像电子枪装配到线上。我国有几个厂家也应用了,华中理工大学所研发出来的激光焊接电子枪设备。另外,激光的焊接在续电器、电路引线、计算机配件中获得较大成功。 3.2塑料激光焊接的应用

激光焊接是一项无振动焊接技术,因此它特别适合用于鼠标、移动电话、连接器等加工精密的电子元器件,以及那些需要以更清洁的方式来熔接的复杂部件,例如含有线路板的塑料制品、医疗设备等。在汽车工业中,激光焊接塑料技术可用于制造很多汽车零部件,激光还可以将塑料薄膜焊接在一起,操作过程可以完成的非常快。

塑料激光焊接技术是一种变革性的短流程、数字化、知识化、绿色环保、先进的近净成形新技术，正在成为激光焊接领域的一个热点;它具有成本低、速度快、加工方便、原材料适用范围广、实现精密数控容易、结合性和工艺性好等许多优点$并且以其十分独特的技术和经济优势弥补了常规塑料连接方法的不足。在未来几年，中国将有可能成为全球最大的塑料产品市场要使激光焊接技术在塑料材料高品质，高附加值的加工领域获得应有的地位，这样塑料激光焊接技术所带来的巨大经济效益和社会效益是毋庸置疑的。 3.3激光焊接在船舶制造上的应用

船舶制造中，钢板从储存、运输到下料切割、装配焊接等一直是增加变形的过程，特别是焊接，钢板变形影响很大。很多船厂花费大量人力物力用于焊接变形的火工校正工作。据统计，单船焊接费用占到整个船体制造费用的30%以上。现在船东、船检对船舶的质量要求提高，特别是豪华游船，船体外观要求很光顺，而船厂为达此要求花费很高。而使用激光焊接，速度快，变形小，焊缝窄，光顺美观，节省了大量后续校正工作。激光焊接不仅是制造工艺上的变化，而且也带来了船体结构上的创新和变化。例如，美国在最新建造的新型船舶上广泛使用高强度、低合金钢的T形构件，通过激光焊接技术的采用，令船舶的重量大幅降低。船用复杂结构如“三明治”板、T型和I型结构等，传统焊接方法的热输人量大，易引起工件严重变形、热影响区性能下降等问题;此外“三明治”结构是在两层薄板间加不同形式的撑板来实现整体结构的强度提升和重量减轻，弧焊方法难以完成。采用激光焊接技术这些问题都可解决.激光焊接技术可改进船舶设计的理念、减轻船舶的重量、降低船舶制造成本等。在欧洲，激光焊接已应用于护卫舰、轻型巡洋舰、大型游艇的焊接，它能够提高板的有效载荷，满足轻型设计要求，同时具有较高焊接速度。 3.4其他领域

在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，特别是在特种材料焊接方面，我国进行了许多研究，如对BT20钛合金、HE130合金、Li-ion电池等激光焊接。德国玻璃机械制造商Glamaco Coswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。

4激光焊接技术的发展

目前,在激光焊接技术研究与应用方面处于世界领先水平的国家有德国、日本、瑞士和美国等国。横流连续CO2激光加工设备的输出功率可达20kW,脉冲N d∶YAG激光器的最大平均输出功率也已达到4kW,并且实现了纳秒级的脉冲宽度。激光焊接能够实现的材料厚度最大已达80mm,最小为0.05mm,大部分材料的激光焊接质量均超过传统焊接工艺。激光焊接技术正朝着低成本、高质量的方向发展,具有很大的发展潜力和发展前景。可以预料,激光焊接工艺将逐步占据焊接领域的主要位置,并取代一些传统落后的焊接方法。 5结束语

激光焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术。汽车工业的发展对焊接质量提出了更高的要求。激光焊以其高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点,在汽车工业中充分发挥了其先进、快速、灵活的加工特点,不仅在生产率方面高于传统焊接方法,而且焊接质量也得到了显著的提高。激光焊接技术发展到今天,其逐步取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方法的趋势已不可逆转。在未来的21世纪中,激光焊接技术在材料连接领域必将起到至关重要的作用。

随着技术和工艺方法的不断进步,激光作为非接触柔性制造工具的特性将体现得更为明显。激光制造必然成为便捷高效、绿色环保、节能降耗的先进制造技术,促进我国工业领域的技术进步和产品技术改造,满足国民经济尤其是制造业的发展需要。

参考文献

[1] 杨晋萍,孟勤.国内外激光焊接现状[J].激光技术,1991(5):42～43. [2] 陆斌锋, 芦凤桂等，激光焊接工艺的现状与进展[J].焊接，2008(4)：53～56. [3] 王家淳. 激光焊接技术的发展与展望[J].激光技术，2001,25(1)：49～53. [4] 郭长亮.激光焊接技术的研究现状与应用[J].科技，2014. [5] 张文毓， 激光焊接技术的研究现状与应用[J].新技术新工艺，2009(1):48～50. [6] 李少华，康蓉娣，激光焊接技术及其应用[J]. 舰船防化，2011(4),32～36. [7] 刘必利,谢颂京等，激光焊接技术应用及其发展趋势[J].激光与光电子学进展，2005,42(9):43～47. [8]陈飞，激光焊接技术在船舶制造中的应用与前景[J].造船技术，2011(5):34～43. [9] 郭泽亮，激光焊接技术在舰船建造中的应用[J].舰船科学技术，2005,27(4)：82～84. [10] 熊尚武, 激光技术的工业应用与发展前景[J].工业技术，2014(10). [11] 李 慧,刘喜明等，塑料激光焊接技术的研究进展[J].机械工程材料，2013,37(5)：1～5. [12]G. S. Booth. Manufacturing with Lasers, Developments and Opportunities[J]. Welding in the Word ,2005,49(7):16～20. [13]Narendra B.Dahotre. Laser Welding[J].Materials and Manufacturing Processes,1999,14(4):191～211. [14]M.Kutsuna,S.Kitamura,K.Shibata,H.Sakamoto,K.Tsushima .Improvement of the Joint Performance in Laser Welding of Aluminium Alloys[J]. Welding in the Word,2006,50(1):22～27.

第4篇：珠宝首饰贸易的激光焊接技术

很多珠宝商认为，这是不可能修复或调整，如不锈钢或钛金属制成的珠宝首饰。嗯，这是很难找人修理他们，但用大桥焊丝激光焊接机的工作很容易。

珠宝商在调整环有软宝石，如珊瑚，珍珠，蛋白石和许多其他的问题，是热，他们将被立即销毁从一个珠宝商的火炬。钻石，红宝石，蓝宝石，可以有一个珠宝商的火炬其实摸他们，他们不会打破。当然这总是尽量避免使用。但许多其他的石头，甚至是祖母绿，必须从环中删除，从火炬的热量可以用于焊接两部分。

这提出了进一步的问题时，石头已经挡板集。挡板的设置涉及被迫在石头推擦超过金属。这是一个单向的行动，你不能奖的金属背面，取出结石，购买后焊接已完成，取代石头和金属挡板再次推。这种金属现在毁了。

那么，如果你能留在原地的石头和切割环，然后取出一块更小的尺寸，然后焊接到一起再次使环?好吧，那只是完美，你几乎可以做激光技术。

用激光焊接机，目前售价在$30,000和$50,000之间，你可以留在原地的石头，并调整大小，然后焊接或两件融合在一起。成功，这是可以做的原因是因为激光只点点的热量。可以握在你的手环和激光焊接在一起。

激光器可用于各类金属不锈钢，钛，铂，银，金。激光焊接实际上是一个融合的两个金属部分，所以没有焊接或凌乱通量。焊接是最好的焊点强三倍。

小块可高达0.2毫米的小焊接在一起，这就是小。最白金镀铑给它白色的外观，光泽，但是当它被修复，它有镀铑再次与激光技术，但不作为的焊缝是一个非常本地化的。

对于我来说焊料2环一起并排双带将大约需要20分钟时间做焊接，我做了一些准备工作。然后我需要在一种酸浴离开它，然后去酸浴和各种其他程序，把它清理干净，所以采取了很多时间。激光焊接两件一起可能需要三，四分钟，有没有后续治疗。

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第5篇：先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

高能束焊接论文

先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

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先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

摘要:介绍激光焊接与电子束焊接技术的发展历史，阐明这两种焊接的发展与应用现状及未来的发展前景，论述这两种焊接工艺的特点及需进一步研究与探讨的问题，将激光焊接(LBW)与电子束焊接(EBW) 进行分析，指出这两种焊接工艺的优势所在及其存在的问题。

关键词：激光焊接 电子束焊接 发展与应用

前言

焊接，作为现代重要的加工技术之一，自1882年出现碳孤焊开始，迄今己经历了100多年的发展历程，为了适应工业发展及技术进步的需要，先后产生了埋弧焊、电阻焊、电渣 悍及各种气体保护焊等一系列新的焊接方法。进入20世纪50年代后，随着焊接新工艺和新能源的开发研究，等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门，使焊接技术达到了一个新的水平。特别是近年来，各种尖端工业的发展需求，不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题，如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属间化合物、复合材料、难熔金属及异种材料焊接等等。激光焊接技术与其它熔化焊相比独具的深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化等优点。电子束焊接具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊功能:其焊接能量密度极高，容易实现金属材料的深熔透焊接、焊缝窄、深宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等。这两个焊接方法在各种加工制造业中得到了高度重视。

1 激光焊接技术

激光焊接是一种新型的熔化焊接方式，是利用原子受激辐射的原理，使工作物质(激光材料)受激而产生的一种单色性好、方向性强、强度很高的激光束。聚焦后的激光束最高能量密度可达1013w/cm²，在千分之几秒甚至更短时间内将光能转换成热能，温度可达一万摄氏度以上，利用这种高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池，从而达到焊接的目的。激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等。

激光焊接中应用的激光器主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd: YAG激光器。Nd(钦)是一种稀土族元素，YAG代表忆铝拓榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd: YAG激光器波长为1.06mm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10. 6mm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2—5千瓦之间。 1.1激光焊接的种类

激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两大类。脉冲激光焊特别适用于对电子工业和仪表工业微形件的焊接，可以实现薄片(0.2mm以上)、薄膜(几微米到几十微米)、丝与丝(直径0. 02—2mm)、密封缝焊和异种金属、异种材料的焊接，如集成电路外引线和内引线(硅片上蒸镀有的铝膜和厚铝箔间)的焊接，微波器件中速调管的担片和钥片的焊接，零点几毫米不锈钢、铜、镍、担等金属丝的对接、重迭、十字接、T字接，密封性微型继电器、石英晶体器件外壳和航空仪表零件的焊接等。 连续激光焊接主要使用CO2大功率气体激光器，适合于从薄板精密焊到50mm厚板深穿入焊的各种焊接。

1.2激光焊接的特点

激光焊接与传统的熔焊工艺相比，具有的优势主要集中在以下几个方面: (1)能量密度大且放出极其迅速，在高速加工中能避免热损伤和焊接变形，可进行精密零件、热敏感性材料加工。

(2)被焊材料不易氧化，可以在大气中焊接，不需要气体保护或真空环境。

(3)激光可对绝缘材料直接焊接，对异种金属材料焊接比较容易，甚至能把金属与非金属焊接在一起。

(4)激光焊接装置不需要与被焊接工件接触。激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，还可用光导纤维将其引到难以接近的部位进行焊接。激光还可以穿过透明材料进行聚焦，因此可以焊接一般方法难以接近的接头或无法安置的接焊点，如真空管中电极的焊接。

(5)激光束不会带来任何磨损，且能长时间稳定工作。 激光焊接的不足主要表现在以下两点: (1)要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄。如工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺陷。

(2)激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资比较大。 2激光焊接在加工生产中的应用

激光焊接最主要的应用领域是汽车、航空航天、船舶等加工中的焊接制造。以汽车制造为例，激光焊接己实现规模化，并且己出现了相关的自动生产线和焊接机器人。据有关资料统计，在欧美发达工业国家中，有50%—70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接和激光切割为主，激光焊接在汽车工业中己成为标准工艺。我国汽车工业界也开始重视这种先进的焊接技术，如率先使用激光焊接技术的上海大众，新近上市的多功能轿车的车身上，使用激光焊接技术的总长度达到41米。汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。

激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。由于很少变形，也省去了二次加工。激光焊接加速了用车身冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少50kg左右。而且激光焊接技术能保证焊点连接达到分子层面的接合，有效提高了车身的刚度和碰撞安全性，同时有效降低了车内噪声。

激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、 车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处。而激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊己经逐渐被激光焊接所代替。用激光焊接技术，工件连接之间的接合面宽度可以减少，既降低了板材使用量也提高了车体的刚度，目前己经被世界上部分生产高档轿车的大汽车制造商和领先的配件供应商所采用。

飞机制造中，它主要应用于飞机大蒙皮的拼接以及蒙皮与长析的焊接，以保证气动面的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术，如腹鳍和襟翼的翼盒，结构不再是应用内肋条骨架支撑结构和外加蒙皮完成，而是应用了先进的饭金成形技术后，采用激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合，不仅产品质量好，生产效率高，而且工艺再现性好，减重效果明显。

珠宝首饰行业中，激光焊接可满足美观性及不同材质间焊接，己被广泛用于金银首饰补孔、点焊砂眼、焊镶口等。

激光焊接中的熔覆技术己成为模具修补的主要技术，航空业界用此技术进行航空发动机Ni基涡轮叶片耐热、耐磨层的修复。激光熔覆与其它表面改性方法相比，加热速度快、热输入少，变形极小，结合强度高，稀释率低，改性层厚度可精确控制，定域性好、可达性好、生产效率高。

其它诸如手机电池、电子元件、传感器、钟表、精密机械、通信等行业都己引入了激光焊接技术。

激光焊接由于设备投入较高，目前只是在高附加值的领域里应用较多，即使在这些领域里，激光焊接长期以来也并没有被充分利用。不过随着新的激光焊接技术和设备的研发，激光焊接正在逐渐挤进长期以来一直被传统焊接技术所占据的“领地”。 3激光焊接技术的发展前景与面临的挑战

目前，在激光焊接技术研究与应用方面处于世界领先水平的国家有德国、日本、瑞士和美国等国。横流连续CO2激光加工设备的输出功率可达20kW，脉冲Nd: YAG激光器的最大平均输出功率也己达到4kW，并且实现了纳秒级的脉冲宽度。激光焊接能够实现的材料厚度最大己达80mm，最小为0.05mm，大部分材料的激光焊接质量均超过传统焊接工艺。激光焊接技术正朝着低成本、高质量的方向发展，具有很大的发展潜力和发展前景。可以预料，激光焊接工艺将逐步占据焊接领域的主要位置，并取代一些传统落后的焊接方法。

激光焊接技术在迅猛发展的同时，也面临着一些新的课题，其中包括:高功率低模式激光器的开发及在焊接中的应用;纳秒级短脉冲高峰值功率激光焊接过程中激光与材料的作用机制;超薄板材激光焊接工艺的优化与接头性能的检测;激光焊接时声、光、电信号的反馈控制;激光焊接过程中等离子体的产生对焊接质量的影响等等。激光焊接技术面临的这些新的挑战，有待于从事激光焊接的研究人员进行深入的探讨，同时，这些新问题的提出也预示着激光焊接技术正向着更加深化的方向发展。 4电子束焊接方法

电子束焊接(EBW)是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25—300KV)加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3—0.7倍光速)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处时，其动能转换为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。其实，高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100KV加速电压下仅能穿透0.025mm。但电子束焊接中之所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因为焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力将熔融的底面金属液体向四周排开，露出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一深而窄的焊缝。 4.1电子束焊接的特征

由于高能量密度的电子束流集中作用的结果，使得电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。根据真空度的不同，电子束焊接可分为高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接三种。电子束焊接过程是，高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚，

492得到很小的焦点(其功率密度可达10—10W/cm)，轰击置于真空或非真空的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下: (1)电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快，焊缝宽度狭窄，热影响区小，特别适宜于精密焊接和微型焊接; (2)可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形; (3)多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度局; (4)规范参数易于调节，工艺适应性强。焊接工艺参数的重复性和再现性好; (5)适于焊接多种金属材料; (6)焊接热输入低，焊接热变形小。 当然电子束焊接方法也有一些不足，如: (1)电子束焊机结构复杂，控制设备精度高，所需费用高; (2)冷却过程中快速凝固，引起焊接缺陷，如气孔、焊接脆性等; (3)工件大小受真空室尺寸的限制，每次装卸工件要求重新抽真空。 5电子束焊接在工业上的应用

电子束焊接正广泛应用于各种构件，如结构钢、Ti合金、Al合金、厚大截面的不锈钢和异种材料的焊接。近年来，在对各种材料电子束焊接可焊性和接头性能研究方面均获得了可喜的进展。在焊接大厚件方面，电子束一直具有得天独厚的优势。特别是在能源、重工业及航空工业中发展迅速。如在核工业大型核反应堆环形真空槽和线圈隔板的电子束焊接中，其最大焊接深度达150 mm,电子束焊接发挥其深熔焊的特点可一次焊透厚达150-200mm的钢板，且焊后不再加工就可投入使用。又如在日本PWR蒸汽发电机的安装和改造中采用的就是电子束焊接，他们采用无缺陷的焊接程序和步骤，成功地实现了不锈钢厚板的电子束焊接。

一直以来，电子束焊接在航空、航天工业中的应用居多，主要应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。例如，在美国近年发展的F-22战斗机机身段上，由电子束焊接的Ti合金焊缝长度达87.6 mm，厚度为6.4-25 mm。同时，电子束焊接技术作为柔性很好的工艺方法，不仅在发动机制造领域中得到了广泛应用，在涡轮叶片及热端部件修理领域也有其广阔的市场。

另外，电子束焊接在电子、仪表和生物医药工业上也起到了独特的作用。由于在这些工业中，有许多零件对焊接质量要求相当高。电子束焊接技术可以解决电子和仪表工业中许多精密零件的焊接难题，例如封装焊接、高熔点金属焊接、集中加热焊接、穿透焊接等，其焊缝质量高，工件变形小，焊接效率也高。在生物医药业中对焊缝清洁度的要求很高，采用电子束焊接可以轻松实现上述行业中各种材料的焊接，如Cu一Be合金、Ti合金、不锈钢以及陶瓷与金属的焊接等。

凭借EBB能量密度高，加热和冷却速度快的特点，采用该焊接技术可以很好地解决异种材料焊接中出现的两种材料冶金不相容和性能差异问题，因此异种材料的电子束焊接己经越来越得到人们的重视，尤其是厚大异种材料的焊接、金属和非金属材料的焊接等。特别是在航空发动机、精密仪器、刀具刃具制造方面有广泛的应用前景。

为了使电子束焊接技术获得更进一步的应用和发展，国内外学者正从以下几方面着手进行研究，即完善超高能密度电子束热源装置;掌握电子束品质过计算机及CNC控制提高设备柔性以扩大其应用领域。近年来，随着电子束焊接设备的不断改进和更新，国内外电子束焊接技术及其应用也有了长足的发展，主要内容包括:日本大阪大学研制了600KV 300KW的超高压电子束热源装置，一次焊200mm厚不锈钢时，深宽比达70: 1。欧共体采用德国阿亨大学研制的DIA BEAM系统，对电子束特性进行了定量研究，对大型壁厚80mm圆筒压力容器电子束焊的环缝起焊收尾搭接处，通过电子束焦点及焊接过程分析，找出了减少和消除圆环焊缝收尾处缺陷的方法。日本采用填丝双枪电子束薄板超高速焊接技术，得到了反面无飞溅的良好焊缝。近年英国焊接研究所采用非真空电子束焊接铜制核废料罐，取得了良好的社会和经济效益。国内有北京航空工艺所在1992年研制成功了ZD 150-15A高压电子束焊机，并用此机完成了多种航空航天发动机零部件的焊接，以及导弹壳体、汽车变截面轴、石油钻头等多种军民品。

6电子束焊接的发展趋势

综上所述，国内外开展电子束焊接技术研究的广度和深度在不断的加大，己经在焊接理论和工艺实践上取得了积极的研究成果。但由于电子束焊接过程中电子束与金属间的深穿快速物理化学冶金作用，以及当前研究分析手段上的局限性，使得焊接机理的本质研究有待进一步深入。基于电子束焊接异种材料的优越性，当前各国在异种材料的电子束焊接方面逐步扩大了异种材料之间连接的研究范围，目前航空航天用的高温结构材料及先进的新型结构材料与黑色金属、有色金属的异种材料的电子束焊接己经成为各国高度关注的研究热点。因此，针对世界电子束焊接技术的研究走向及国内研究的不足，深入开展异种材料，特别是航空航天用的高温新型结构材料的电子束焊接机理及工艺研究有着深远的现实意义和良好的应用前景。从上述电子束焊接的特征和它在工业中的应用现状，不难看出，今后电子束焊接的发展趋势可以概括为: (1)继续扩大在航空航天工业中的应用范围，并在修复领域发挥作用; (2)焊接设备将趋向多功能化和柔性化; (3)非真空电子束焊接的研究和应用将日益成为热点; (4)在厚大件和批量生产中继续发挥其独特优势; (5)电子束焊接将成为空间结构焊接的强有力工具。 结语

激光焊接与电子束焊接是焊接新技术，其应用范围和焊接能力还并没有被人们完全认识，还有待于科技工作者进一步研究和开发。相信不久的将来，激光焊接与电子束焊接技术不仅会在更多的加工领域出现，而且还会成为这些领域的主流加工技术之一。

参看文献：

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第6篇：激光焊接前景

摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。 激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持 。 关键词：焊接技术

关键制造工艺

激光焊接

产业化

焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。 焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。 中国2005年钢产量达到3.49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1.3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。 近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10.7m高5.4m重440t，为世界最大的铸-焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5.5m长62m厚337mm重2060t，为当今世界最大、最重的锻-焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。 西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢(X70)大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板-焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17%，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板-焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥;国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶;奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床(CFB)锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。

但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。

1、激光焊接原理——激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104~107W/cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。

2、激光焊接的一般特点——激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：(1)激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料;(2)激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工;(3)激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接;(4)激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理;(5)激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件;(6)激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换;(7)激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便;(8)

激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。中国科学院力学研究所发动机科学与工程联合实验室近期在涡轮增压器异种材料激光焊接技术方面取得重要进展，优化后的激光焊接工艺为提高柴油发动机性能提供了重要支持。

目前，柴油发动机应用广泛，在国民经济发展中占据重要地位。作为柴油发动机的关键部件，涡轮增压器对于发动机动力性能的改善有显著作用，其异种材料焊接质量对整机性能有重要影响。 在柴油发动机增压器中，涡轮叶片和涡轴杆的材料不同，参数有很大差异，对两者进行连接时易形成焊接裂纹，具有淬硬倾向。目前，业界多采用摩擦焊方式进行连接，但强度不高、成形精度差是摩擦焊的缺陷。 激光焊接是一种新方式，它利用激光的相干性等特性，很好地解决了焊缝偏熔和未熔合的问题。与传统焊接工艺相比，优化后的激光焊接工艺在满足高焊接强度要求的同时，极大提高了焊接效率，为提高柴油发动机性能提供了重要技术支持。

中国科学院力学所发动机科学与工程联合实验室副主任虞刚认为，随着市场需求的扩大，汽车行业近年来的发展势头很好，但自主技术稀少、自主研发环境欠缺的问题始终没能解决。国内企业与跨国公司合作，很难获得核心技术。“没有核心技术以及后续的研发、改进，将会给产业发展带来不良影响。当前，一些汽车制造企业及科研机构已经开始独立研发，但„拿来主义‟的观念仍然很强，真正的自主研发成果少之又少。”

激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。中国科学院下属研究所包含所有自然科学及工程研究领域，从技术上讲，是国家最有代表性的部门。虞刚说：“正是在这样的背景下，我们力学所从最基础的角度着手开始攻关。在激光异种材料焊接这个领域，国际上一直没有新进展。经过长期努力，我们力学所取得了突破性进展，领先国际水平。可以说，这是一项百分之百拥有自主知识产权的国际先进技术。”

谈到异种材料激光焊接技术的产业化前景，虞刚说，这项技术已经非常成熟，市场也有这方面的需求，其产业化潜力很大。但产业化有风险。虞刚给记者算了一笔账，如果一项基础研究只要投入1元钱，那么，将这项研究成果变成可用的技术就需要10元钱，而真正的产业化则需要100元钱。“这个比例让很多企业承受不了。 国内大部分企业还不具备这种抗风险的能力，所以许多企业不愿意做。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持 。 参考文献：

《实用焊接手册》顾纪清 上海科学技术出版社

《现代焊接生产手册》 上海市焊接协会 上海科技 (2007-05出版) 《焊接技术手册》 河南科学技术出版社2004 年7月(1999-04出版) 《激光原理与技术》 阎吉祥高等教育出版社 【书 号】 7040145677 个人介绍“

姓 名：孟军

性别：男

出生年月：1980.06 毕业院校：兰州理工大学

专业：机电工程学院机械制造

毕业时间：2003.06 工作单位：兰州铁路机电工厂 地址：兰州市红山东路98号 邮编：730000

第7篇：激光混合焊接工艺

长期以来，激光焊接和电弧焊接两种工艺由于能源传输的物理过程和能源流动的方式不同，都有其各自的特殊应用领域。激光焊接工艺的热影响区非常窄，焊缝的深宽比也很高，具有较高的焊接速度，但由于焦点直径很小，所以焊缝桥接能力很差。电弧焊工艺能源密度较低，但可以在表面形成较大的聚焦点，缺点是工艺速度较慢。

如果将这两种工艺结合起来，结果会怎样呢?事实证明，两种工艺的混合焊接工艺可以获得非常好的综合效应，在焊接质量、生产工程和生产成本等方面都有明显的优势，因此在汽车工业中得到了广泛应用。

开发

早在20世纪70年代，将激光光束和焊接电弧融合到一起形成焊接工艺的方法就已经为人知晓，但是，此后很长一段时间，人们并没有对这种工艺进行进一步研发。不过，最近研究人员又开始把目光转向这种工艺，试图再将电弧焊接的优势与激光焊接的优势结合起来，形成一种混合型的焊接工艺。

在早些时候，激光器是否适合工业使用尚待证明，而今天，在许多生产企业里，激光器几乎已经成为一种标准设备。将激光焊接工艺与另外一种焊接工艺相结合，被称为“激光混合焊接工艺”，即激光束和电弧同时在一个焊接区域内起作用，二者相互影响、相互支持。

激光焊接不仅需要强大的激光功率，而且还需要高质量的激光束，这样才能获得理想的“深焊缝效应”。例如大众汽车公司目前正在进行的项目就使用灯泵浦固体激光器，激光光束的功率为4kW，激光通过水冷600mm玻璃纤维进行传输，激光束通过焦距为200mm/220mm的调焦模块投射到待焊工件上。

激光电弧混合焊接工艺是将激光焊与电弧焊这两种焊接工艺有机地结合起来，从而获得了优良的综合性能，提高了效率/成本比。如1.5mm+2.0mm AlMgSi1接头激光混合焊接的焊接速度可以达到8.1m/min，并且只需使用4kW的固体激光源。

当利用激光混合焊接工艺焊接金属工件时，钕钇铝石榴石激光束进行聚焦后获得强度为106W/mm2 的光束。当激光束打到材料表面上时，照射点被加热到汽化温度，由于汽化金属逃逸，在焊缝金属上形成汽化空腔，焊缝接头突出的特点是极高的深宽比例，自由燃烧电弧的能量流动密度稍稍高于104W/mm2。除了来自电弧的热量以外，激光束将热量传输给接头顶部的焊缝金属。与顺序配置两种不同的焊接工艺先后连续起作用不同，混合焊接工艺可以看成两种焊接工艺结合起来同时在同一工艺区域内共同作用。根据所用的电弧或激光工艺种类以及工艺参数的不同，工艺之间相互影响的程度不同，产生影响的方式也不同。

把激光和电弧相结合，与将两种工艺单独使用相比，焊缝穿透深度和焊接速度都有所增加。从蒸汽空腔逃逸出来的金属蒸汽与电弧等离子作用，钕钇铝石榴石激光辐射吸收进入工艺等离子中数量微乎其微。根据两种工艺的功率输入比例，总体工艺特性主要决定于激光或电弧。工件表面温度会对激光辐射吸收产生实质性影响。在激光工艺开始之前，必须克服初始反射，特别是铝材表面上的反射，采用特殊启动程序启动焊接，可以起到克服初始反射的作用。在达到汽化温度之后，汽化空腔形成，这时几乎所有辐射能都可以作用在工件上，这时所需的能量取决于与温度有关的吸收情况和通过传导到工件其余部分而损耗能量的多少。在混合焊接工艺中，汽化不仅发生在工件表面，而且还发生在焊丝上，因此可以获得更多的金属蒸汽，反过来又利于激光辐射的输入，防止工艺参数的下降。

在激光混合焊接系统中，焊头(见图1)是最关键的部件，它包括MIG焊枪、激光光学系统、水冷系统及空气清洁系统。焊头的几何尺寸较小，以确保较好的焊接可达性，尤其是在焊接车身时更为明显，此外，焊头还具有良好的可拆卸性，便于安装到机器人上，同时在焊接过程中要求焦距和焊矩具有可调功能。

图1 激光混合焊接焊头

如何防止焊接过程中的飞溅污染激光头的防护玻璃是激光混合焊接工艺的一个重要难题。随着焊接过程中的飞溅对玻璃片的污染程度的增加，会导致作用在工件上的激光能量逐渐减少，甚至可能降低90%。为了解决飞溅污染问题，奥地利Fronius公司在防护玻璃前安装了“Cross jet”系统，可将飞溅转向90°，避免了飞溅沾触防护玻璃，使激光混合焊头不受烟尘和飞溅的污染，长时间保持清洁。激光混合焊头带双循环水冷冷却系统，焊枪设计的负载为250A 100%(指MIG焊)和4kW的激光能源。

优势

电弧焊接的特点是有廉价的能量来源，激光焊接工艺容许大的焊接深度、高的焊接速度、低的热负荷以及狭窄的焊缝接头，在一定密度下，激光光束会在金属材料中产生“深焊缝效应”，只要激光功率足够大，就可以焊接壁厚较大的零件。因此，激光混合焊接容许采用更高的焊接速度，由于电弧和激光束之间的相互作用，工艺稳定性很好，增加了热效率以及改进了工件公差。此外，熔池也比金属极气保护焊接要小一些，热输入较小，热影响区也较小，使得焊接结构变形就比较小，减少了焊后后续校直的工作量。因为有两个不同的焊接熔池，随后来自电弧的热输入会给激光束焊接区域(特别是钢铁)进行回火处理，将硬度值更加均匀地分配到接头的各个部分。

与激光焊接工艺相比，激光混合焊接工艺所需要的投资费用可以大为减少，其优势主要体现在更高的工艺稳定性、更高的桥接能力、更深的穿透性和更大的韧性以及不需要在焊接机头上使用压力轮，显着改进了焊接的可及性。与金属极气保护焊接工艺相比，激光混合焊接工艺的优点为焊接速度更高、当焊接速度更高时穿透性更大、热输入值较低、拉伸强度更高、焊缝接头较狭窄等。

使用激光混合焊接工艺，由于降低了激光束功率，因此可大大减少激光光源的能量消耗，因为激光束设备的效率只有3%。换言之，作用于工件上的激光束功率每降低1kW，则从电网上消耗的功率就大约要降低35kW。激光设备的成本是1kW激光功率为12万美元。当利用混合工艺后，可以使用3kW的激光器，而不需要用4kW的激光器，于是就可以节省12万美元的投资。另外只需要6.5万美元购置额外的MSG设备和焊接机头。

当焊接速度为2.4m/min时，采用激光焊接时焊缝不可能充满，会产生咬边，母材上的渗透也只有很少一点，焊道宽度非常小，因此，拉伸强度低。在激光混合焊接中，额外材料被运送到熔池中，咬边处被金属极气保护焊的焊丝填满，节约了部分激光能量。节约下来的激光能量可用于增加对母材的渗透深度，焊道宽度比材料厚度更大，这对于优化机械性能是很必要的。 应用

大众汽车公司的策略是在汽车行业里尽量多地使用激光焊接工艺。在被称为“D1概念车”的Phaeton型汽车(见图2)上，所有的车门都是激光混合工艺焊接的。大众汽车公司对车门结构的刚性具有很高的要求，如果没有激光混合焊接工艺，则必须使用大的重型铸铝材料。为了与车身完美配合，要求几何公差必须非常小，这样，汽车在行驶中来自风阻的噪音等级会很低。为了生产具有这种刚性的车门，必须很好地混合使用板材、铸件和冲压件。要获得较轻的重量，低密度的铝材是一种完美的实用性材料。

图2 在大众汽车公司的Phaeton汽车上，所有车门均采用激光混合焊接工艺来焊接

Phaeton型汽车车门的焊接由7个气体金属电弧焊缝、11个激光焊缝和48个激光混合焊缝组成，车门焊缝的总长度是4980mm，采用两个铝铸件的激光混合焊接接头，焊丝为AlSi12，直径为1.6mm，保护气体为氩气。增加激光功率，可以获得更高的焊接速度。与单纯激光束焊接工艺相比，将激光束与电弧结合，可以产生更大的焊接熔池，可以对焊根间隙较宽的零件进行焊接。焊接速度范围为1.2～4.8m/min，但是，工艺优化速度为4.2 m/min，送丝速度为6.5m/min、激光功率为2.9kW。

在汽车行业里，许多地方应用搭接焊，而不进行接头坡口准备。当前，这种焊接工作最为先进的工艺是采用冷焊丝激光焊接。当焊丝焊接接头时，多数的激光能量都损失在熔化焊丝上。在带有焊丝的激光焊接里，为了获得所需的公差，必须使用压力轮。因为焊接机头尺寸比较高，在可及性方面有一定的局限性。这种工艺的典型参数是：焊接速度为2.8m/min、激光功率为4kW、送丝速度为6.6m/min。

在德国Neckarsulm市奥迪公司系列汽车的生产中，激光混合焊接工艺被应用到最关键的全铝车身的焊接中。该汽车车身是第二代豪华奥迪A8系列的车身，在设计上追求冲击安全性和抗扭曲变形。激光混合焊接的焊缝符合所有的要求，表现出强韧性、高强度和大熔深的特点。为了满足客户对这款车的高期望值，每一个细节都要精益求精，确保汽车的制造质量。激光混合焊接的窄焊缝可以满足对外观要求较高的工件，那么车身框架顶部的边角处就不必再用塑料条带填塞。在轻型汽车制造领域，所有上面提到的要求以及一些特殊的条件都必须得到满足，而全铝车身的制造过程对这些要求更为严格。

奥迪A8车体的负载结构是由一个空间框架构成。这个框架结构是由铝板挤压成形的，这个结构的可靠性已在第一代奥迪A8的身上得到充分证明，该框架结构是由不同规格的铝板连接而成。最新一代奥迪A8框架的顶部因焊接程度密集而变得格外重要，Fronius公司的激光混合焊机因其优异的性能而承担了这项艰巨的任务，在整个焊接过程中有65条焊缝，焊缝总长度为5m，单个焊缝的长度30～260mm。图3中红线部分为使用激光混合焊进行焊接的奥迪A8框架顶侧梁的焊缝。

图3 红色部分为使用激光混合焊接工艺的奥迪A8框架顶侧梁的焊缝

此外，激光混合焊接工艺还适用于动力传动系统

一、容器、传动桥和车身等。

总结

激光混合焊接是一种新的工艺技术，在汽车行业里有着广泛的用途，特别是在采用激光焊接无法实现零件公差或不够经济时，激光混合焊接工艺的优势更加明显。这种功能强大的焊接工艺，可以达到减少投资、降低制造成本、提高生产率的目的，从而提高综合竞争能力。

激光混合焊接工艺给铝材焊接开辟了一条新途径。近来固体激光器输出功率的提高，使这种工艺的稳定性成为可能。在混合焊接工艺里，激光焊接和电弧焊接被理解为只有一个单一的工艺区(等离子和焊剂)。选择正确的工艺参数，就可以有选择性地影响焊缝性能，如几何形状、结构组成等。增加填充金属，电弧焊接工艺就可以提高桥接能力，同时也可以确定焊缝宽度，减少工件焊接坡口的准备工作量。