1．激光焊接的工藝特點(diǎn)

　　按焊接熔池形成的機(jī)理區(qū)分，激光焊接有兩種基本模式：熱導(dǎo)焊和深熔焊，前者所用激光功率密度較低（105～106W／cm2），工件吸收激光后，僅達(dá)到表面熔化，然后依靠熱傳導(dǎo)向工件內(nèi)部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。后者激光動(dòng)車密度高（106～107W／cm2），工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng)時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在機(jī)械制造領(lǐng)域，除了那些微薄零件之外，一般應(yīng)選用深熔焊。

　　深熔焊過程產(chǎn)生的金屬蒸氣和保護(hù)氣體，在激光作用下發(fā)生電離，從而在小孔內(nèi)部和上方形成等離子體。等離子體對(duì)激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來(lái)說(shuō)熔池上方的等離子體會(huì)削弱到達(dá)工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對(duì)焊接不利。通?？奢o加側(cè)吹氣驅(qū)除或削弱等離子體。小孔的形成和等離子體效應(yīng)，使焊接過程中伴隨著具有特征的聲、光和電荷產(chǎn)生，研究它們與焊接規(guī)范及焊縫質(zhì)量之間的關(guān)系，和利用這些特征信號(hào)對(duì)激光焊接過程及質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，具有十分重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

　　由于經(jīng)聚焦后的激光束光斑小（0.1～0.3mm），功率密度高，比電弧焊（5×102～104W/cm2）高幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因而激光焊接具有傳統(tǒng)焊接方法無(wú)法比擬的顯著優(yōu)點(diǎn)：加熱范圍小，焊縫和熱影響區(qū)窄，接頭性能優(yōu)良；殘余應(yīng)力和焊接變形小，可以實(shí)現(xiàn)高精度焊接；可對(duì)高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率，熱敏感材料及非金屬進(jìn)行焊接；焊接速度快，生產(chǎn)率高；具有高度柔性，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

　　激光焊與電子束焊有許多相似之處，但它不需要真空室，不產(chǎn)生X射線，更適合生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。激光焊接實(shí)際上已取得了電子束焊接20年前的地位，成為高能束焊接技術(shù)發(fā)展的主流。

　　2．激光焊接設(shè)備

　　激光焊接設(shè)備主要由激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、焊接機(jī)和控制系統(tǒng)組成。

　　1．激光器

　　用于激光焊接的激光器主要有CO2氣體激光器和YAG固體激光器兩種。

　　激光器最重要的性能是輸出功率和光束質(zhì)量。從這兩方面考慮，CO2激光器比YAG激光器具有很大優(yōu)勢(shì)，是目前深熔焊接主要采用的激光器，生產(chǎn)上應(yīng)用大多數(shù)還處在1.5～6kW范圍，但現(xiàn)在世界上最大的CO2激光器已達(dá)50kW。而YAG激光器在過去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)提高功率有困難，一般功率小于1kW，用于薄小零件的微聯(lián)接。但是，近幾年來(lái)，國(guó)外在研制和生產(chǎn)大功率YAG激光器方面取得了突破性的進(jìn)展，最大功率已達(dá)5kW，并已投入市場(chǎng)。由于其波長(zhǎng)短，僅為CO2激光的1/10，有利于金屬表面吸收，可以用光纖傳輸，使導(dǎo)光系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化?？梢灶A(yù)料，大功率YAG激光焊接技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)將獲得迅速發(fā)展，成為CO2激光焊接強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

　　2. 導(dǎo)光和聚焦系統(tǒng)

　　導(dǎo)光聚焦系統(tǒng)由圓偏振鏡、擴(kuò)束鏡、反射鏡或光纖、聚焦鏡等組成，實(shí)現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)、方向，傳輸光束和聚焦的功能。這些光學(xué)零件的狀況對(duì)激光焊接質(zhì)量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學(xué)部件，尤其是透鏡性能會(huì)劣化使透過率下降；會(huì)產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)（透鏡受熱膨脹焦距縮短）；表面污染也會(huì)增加傳輸損耗。所以光學(xué)部件的質(zhì)量，維護(hù)和工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要。

　　3．激光焊接機(jī)

　　它的作用是實(shí)現(xiàn)光束與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成激光焊接，分焊接專機(jī)和通用焊接機(jī)兩種。后者?！　〔捎脭?shù)控系統(tǒng)，有直角坐標(biāo)二維、三維焊接機(jī)或關(guān)節(jié)型激光焊接機(jī)器人。

　　3．改善和發(fā)展激光焊接的新技術(shù)

　　以下幾項(xiàng)技術(shù)有助擴(kuò)展激光焊接的應(yīng)用范圍及提高激光焊接自動(dòng)控制水平

　　l. 填充焊絲激光焊

　　激光焊接一般不填充焊絲，但對(duì)焊件裝配間隙要求很高，實(shí)際生產(chǎn)中有時(shí)很難保證，限制了其應(yīng)用范圍。采用填絲激光焊，可大大降低對(duì)裝配間隙的要求。例如板厚2mm的鋁合金板，如不采用填充焊絲，板材間隙必須為零才能獲得良好的成形，如采用φ1.6mm的焊絲做為填充金屬，即使間隙增至1.0mm，也可保證焊縫良好的成形。

　　此外，填充焊絲還可以調(diào)整化學(xué)成分或進(jìn)行厚板多層焊。

　　2. 光束旋轉(zhuǎn)激光焊

　　使激光束旋轉(zhuǎn)進(jìn)行焊接的方法，也可大大降低焊件裝配以及光束對(duì)中的要求。例如在2mm厚高強(qiáng)合金　　鋼板對(duì)接時(shí)，容許對(duì)縫裝配間隙從0.14mm增大到0.25mm；而對(duì)4mm厚的板，則從0.23mm增大到0.30mm。光束中心與焊縫中心的對(duì)準(zhǔn)允許誤差從0.25mm增加至0.5mm。

　　3．激光焊接質(zhì)量在線檢測(cè)與控制

　　利用等離子體的光、聲、電荷信號(hào)對(duì)激光焊接過程進(jìn)行檢測(cè)，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，少數(shù)研究成果已達(dá)到了閉環(huán)控制的程度。