激光焊接技术的研究现状及应用

激光焊接技术的研究现状及应用1.本文概述随着现代工业技术的飞速发展，激光焊接技术作为一种先进的加工方法，已经在航空航天、汽车制造、电子设备等领域展现出了其独特的优势和广泛的应用前景。本文旨在对激光焊接技术的研究现状进行全面梳理，深入分析其技术原理、关键参数以及在实际应用中所面临的挑战和解决方案。通过综合国内外相关研究成果和实际案例，本文将探讨激光焊接技术的最新进展，并对其未来的发展趋势和应用前景进行展望。本文的撰写旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供一个全面、系统的参考资料，同时也为激光焊接技术的进一步研究和应用提供理论支持和实践指导。2.激光焊接技术基础理论激光焊接是一种热熔化焊接技术，其原理是利用激光的四大特性（单色性、相干性、方向性和高能量密度），通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区。这种高能量密度使得母材迅速熔化，并形成牢固的焊点或焊缝。根据激光热加工机理，激光焊接可以分为两种基本形式：热传导焊和深熔焊。大熔深和深宽比：激光焊接可以实现较大的熔深和深宽比，使得焊接结构更加牢固。小热输入和焊接变形：相比传统焊接方法，激光焊接的热输入量小，因此焊接变形也较小。高焊接强度和良好金相组织：激光焊接能够获得较高的焊接强度，且焊缝的金相组织良好。通过这些基础理论，激光焊接技术在各个领域中得到了广泛应用，包括汽车制造、电子电器、生物医学等。随着技术的不断发展，激光焊接技术也在向着智能化、多功能化、高效节能和高品质化的方向发展。3.激光焊接技术的最新研究进展进入21世纪以来，特别是在近五年间，激光焊接技术取得了显著的突破与发展。最新的研究成果表明，激光焊接已经不仅仅局限于传统意义上的高精度、高速度和深熔焊接，在多维度、多功能集成以及智能化控制方面展现了巨大的潜力和优势。一方面，新型激光源的研发与应用推动了焊接性能的提升。例如，高亮度光纤激光器和碟片激光器因其卓越的能量转换效率、优良的空间光束质量和良好的稳定性，在工业生产中得到了广泛应用，尤其在连续焊接和大厚度材料焊接方面表现突出。同时，直接半导体激光器的成本效益比不断提高，使得中小功率激光焊接设备市场得以迅速扩大，为更多领域提供了经济高效的解决方案。另一方面，激光焊接工艺不断创新，实现了更为复杂和苛刻条件下的焊接。如水下激光焊接技术，经过持续研究已能在深海环境下稳定实施，拓展了海洋工程结构的制造和维修范围。针对异种材料的焊接，尤其是金属与非金属材料、以及不同金属间的激光焊接技术取得关键性突破，通过优化焊接参数和引入新型填料材料，有效解决了接头界面冶金反应、裂纹抑制等问题。再者，智能制造与数字化技术的深度融合引领激光焊接向自动化、智能化方向发展。智能感知与实时控制系统的引入，使得激光焊接过程中可以精确监控焊接质量，动态调整焊接参数，以达到最佳焊接效果。同时，机器视觉与人工智能算法在焊缝跟踪、缺陷识别等方面的应用，极大地提高了激光焊接生产线的柔性和质量一致性。先进的激光复合焊接技术，如激光电弧复合焊接、激光MIGMAG复合焊接等，结合了激光与电弧的优点，既能提高焊接速度又能保证焊缝质量，已在汽车制造、轨道车辆、航空航天等领域得到成功应用。激光焊接技术的最新研究进展不仅体现在硬件设备的升级换代上，更在于其与现代信息技术和新材料科技相结合，形成了一系列适应新时代制造需求的高级焊接解决方案，为推进高端装备制造业的转型升级提供了强有力的技术支撑。4.激光焊接技术的应用领域汽车制造行业：激光焊接在汽车制造业中扮演着重要角色，尤其适用于车身拼接、车架结构和零部件连接等环节。高强度钢和铝材的混合焊接、三维复杂形状零件的精密对接以及电池组的密封焊接等都是激光焊接技术的重要应用场景。新能源产业：在太阳能光伏组件制造中，激光焊接用于电池片串并联和组件框架的连接在锂离子电池生产过程中，激光焊接确保电极、壳体和密封圈之间的高可靠连接，提高了电池的安全性和使用寿命。电子与微电子行业：激光焊接在集成电路、半导体器件封装和微电子组件制造中尤为关键，由于其精确控制的热输入和较小的热影响区，能够实现细小焊点和高密度互联的焊接，满足现代电子产品的小型化、精细化要求。生物医学领域：激光焊接被应用于医疗器械制造，如植入式医疗设备、生物组织修复及手术器械的精密焊接，确保无菌环境下的安全高效连接。航空航天：激光焊接技术解决了轻质合金材料及复合材料的高效连接问题，有助于飞机、火箭部件的减重设计与高性能组装。珠宝首饰制造业：精细的激光焊接技术可实现贵金属和其他贵重材料的精确焊接，保证了首饰设计的艺术性和制作过程中的精准度。食品加工及包装行业：激光焊接用于食品级不锈钢材质的容器、管道以及包装材料的无菌、无缝焊接，有效防止细菌滋生和食品安全隐患。轨道交通与船舶制造：激光焊接技术助力大型钢结构件的高效连接，显著提升了轨道车辆和船舶的结构强度及整体稳定性。随着激光源功率的提升和新型激光器的研发，激光焊接技术在更广泛的材料类型和更复杂结构件上的应用潜力正逐渐释放，成为推动现代工业化进程和高端制造产业升级的关键技术之一。5.激光焊接技术存在的问题与挑战虽然激光焊接技术在众多领域展现了其卓越的性能和广泛的应用前景，但它也面临着一系列的问题和挑战，这些问题限制了其在某些领域的应用，并对技术的进一步发展提出了要求。激光焊接过程中，由于高能激光束的聚焦性和热影响区域的限制，焊接过程对工件的对准精度和稳定性要求极高。任何微小的振动或位移都可能影响焊接质量，导致焊缝不均匀、气孔或裂纹等问题。提高焊接过程中的稳定性和精度是当前激光焊接技术面临的主要挑战之一。激光焊接技术的应用范围受限于材料兼容性。不同的材料对激光能量的吸收率不同，导致焊接效果差异显著。例如，高反射材料如铜、铝及其合金对激光能量的吸收率较低，使得焊接过程复杂且效率低下。某些材料在高温下易氧化或蒸发，影响焊接质量。研究新型焊接材料和涂层，提高材料对激光能量的吸收率，是激光焊接技术发展的关键。激光焊接设备通常较为昂贵，且对操作人员的技能要求较高。设备的维护和校准也需要专业知识和经验。这些因素限制了激光焊接技术在小型企业或某些领域的应用。降低设备成本、提高操作的便捷性和自动化水平是激光焊接技术普及的关键。确保焊接质量是激光焊接技术应用的另一挑战。目前，对焊接质量的检测主要依赖于人工目视和破坏性检测方法，这些方法费时且可能影响工件完整性。发展非破坏性检测技术，如激光超声波检测、光学相干层析成像等，对于提高焊接质量和效率具有重要意义。激光焊接过程中产生的高温和强光可能对操作人员造成伤害，同时也会对环境造成影响。确保操作安全性和减少环境影响是激光焊接技术发展中不可忽视的问题。开发更安全的焊接工艺和操作环境，以及提高激光焊接设备的环保性能，是当前和未来激光焊接技术研究的重要方向。6.激光焊接技术未来发展趋势技术进步与创新：分析当前激光焊接技术的发展瓶颈，并探讨未来技术突破的可能方向。例如，高功率激光器的研发、新型焊接工艺的创新等。材料应用范围的扩展：讨论激光焊接技术在处理新型材料（如复合材料、超合金等）方面的潜力，以及这些新材料在航空航天、汽车制造等领域的应用前景。自动化与智能化：探讨自动化技术在激光焊接中的应用，如机器视觉、机器人技术等，以及这些技术如何提高焊接效率和质量。环境友好与能源效率：分析激光焊接技术在节能减排方面的潜力，如提高能源利用效率、减少废弃物产生等。行业应用拓展：探讨激光焊接技术在新兴领域（如生物医学、微电子制造等）的应用潜力。国际竞争与合作：分析全球激光焊接技术的发展趋势，探讨国际合作与竞争对技术进步的影响。教育与培训：讨论未来对激光焊接技术专业人才的需求，以及相应的教育和培训策略。随着科技的不断进步，激光焊接技术正面临着一系列新的挑战和机遇。技术进步与创新是推动激光焊接技术发展的关键因素。未来，高功率激光器的研发将进一步突破焊接过程中功率和精度的限制，使得激光焊接能够处理更广泛的材料类型和厚度。同时，新型焊接工艺的创新，如激光电弧复合焊接技术，将为焊接领域带来更高的效率和更优的焊接质量。激光焊接技术在材料应用范围的扩展上具有巨大潜力。随着航空航天、汽车制造等行业对材料性能要求的不断提高，激光焊接技术在处理新型材料（如复合材料、超合金等）方面的能力将得到进一步的开发和应用。这些新材料的成功焊接不仅能够提升产品的性能，还将推动相关行业的创新和发展。自动化与智能化是激光焊接技术发展的另一个重要方向。随着机器视觉、机器人技术的不断发展，自动化激光焊接系统将更加精确和高效。这些技术的集成不仅能够提高生产效率，减少人为错误，还能在复杂或危险的环境中安全地进行焊接作业。激光焊接技术在环境友好与能源效率方面的潜力也不容忽视。通过提高能源利用效率和减少废弃物产生，激光焊接技术有望成为绿色制造的重要组成部分。这不仅能促进可持续发展，还将提高企业的社会责任感。行业应用拓展方面，激光焊接技术在新兴领域（如生物医学、微电子制造等）的应用前景广阔。例如，在生物医学领域，激光焊接可用于精密医疗器械的制造，而在微电子制造中，则可用于微小电子元件的精密连接。在全球范围内，激光焊接技术的发展也受到国际竞争与合作的影响。随着全球化的深入，国际合作和技术交流将促进激光焊接技术的更快发展。同时，国际竞争也将推动各国在激光焊接领域进行更多的研发和创新。面对未来激光焊接技术的发展，教育和培训将成为关键。随着技术的进步和应用领域的扩展，对激光焊接技术专业人才的需求将不断增长。加强相关教育和培训，培养高素质的技术人才，将是推动激光焊接技术持续发展的关键。这个段落为您提供了一个全面的视角，涵盖了激光焊接技术的多个未来发展趋势。您可以根据需要进行调整或补充。7.结论历经多年的技术进步与发展，激光焊接技术已经从实验室阶段迈向大规模工业化应用，特别是在汽车制造、航空航天、船舶制造、精密仪器、能源设备等诸多高端制造领域展现出了显著优势。当前的研究现状表明，激光焊接技术不断突破传统的焊接方式局限，实现了更高精度、更低热影响区、更优焊接质量的目标。尤其在铝合金等难焊材料的焊接处理上，尽管面临高反射率、易产生缺陷等问题，但通过优化激光器性能、精确控制焊接参数、开发新型辅助气体保护技术和实时监测手段，已取得实质性进展，有效提升了铝合金激光焊接的质量和稳定性。同时，针对激光焊接过程中的等离子体控制、焊缝缺陷预防及智能化自动化水平等方面，科研人员进行了深入探索并取得了重要成果。诸如先进的等离子体抑制技术、智能视觉引导与反馈控制系统的集成应用，极大地增强了激光焊接技术在复杂三维结构件上的适应性和可靠性。激光焊接技术仍面临挑战，包括如何进一步提高焊接效率、降低成本，尤其是在保证焊接质量和力学性能的同时，减少合金元素烧损、防止焊缝区域软化等关键问题上，需要持续开展基础理论研究与技术创新。未来，随着新型激光光源的研发、多功能复合焊接工艺的推广以及新材料焊接技术难题的破解，激光焊接技术有望在更多新兴领域发挥重要作用，并且在绿色制造和智能制造的大背景下，推动全球焊接技术产业向更高效、更环保、更智能的方向迈进。参考资料：镁合金是一种轻质、高强度的材料，被广泛应用于各种结构和工程应用中，例如汽车、航空航天、电子产品等。镁合金的焊接技术相较于其他金属材料而言，更加复杂和困难，因此在镁合金的制造和使用过程中，焊接技术的掌握和应用具有极其重要的地位。本文将对镁合金焊接技术的研究现状及应用进行综述。镁合金的焊接方法主要有熔化极气体保护焊（GMAW）、钨极氩弧焊（GTAW）、激光焊、电阻点焊等。GMAW和GTAW是最常用的焊接方法，适用于各种镁合金的焊接。激光焊具有高能量密度、快速、深穿透等优点，对于镁合金的焊接特别有效。电阻点焊则适用于镁合金薄板的焊接。焊接材料的选择对于镁合金的焊接至关重要。氩气和氦气是常用的保护气体，用于防止熔池氧化。焊丝和填充材料需要与母材匹配，以保证最佳的焊接效果。近年来，针对镁合金的焊接，开发出了多种新型的焊丝和填充材料。焊接工艺参数的选择直接影响到镁合金的焊接质量。这些参数包括焊接电流、电弧电压、焊接速度、保护气体流量等。通过优化这些参数，可以获得高质量的焊接接头。在汽车制造中，镁合金被广泛应用于发动机、车架、座椅等部件。在这些部件的制造过程中，焊接技术是关键的一环。通过选择合适的焊接方法和工艺参数，可以获得高质量的焊接接头，从而提高汽车的性能和安全性。在航空航天领域，镁合金的使用可以显著减轻结构重量。在飞机和火箭等复杂结构的制造中，焊接技术同样具有重要意义。为了保证安全性和可靠性，必须掌握高质量的焊接技术，防止焊接缺陷的产生。在电子产品中，镁合金被广泛应用于外壳、内部结构件等部位。由于电子产品对轻量化和美观性的追求，焊接技术的要求也较高。通过使用先进的焊接技术，可以保证电子产品的质量和可靠性。镁合金作为一种轻质、高强度的材料，具有广泛的应用前景。镁合金的焊接技术相对于其他金属材料而言更加复杂和困难。深入研究和掌握镁合金的焊接技术对于提高其应用范围和性能具有重要意义。目前，针对镁合金的焊接技术已经取得了一定的研究成果，但仍需要进一步的研究和改进。未来，随着镁合金应用领域的不断扩展和技术的进步，镁合金的焊接技术将会得到进一步的发展和完善。激光焊接技术作为一种高精度、高速度的焊接方法，在现代制造业中占据了举足轻重的地位。随着科技的不断进步，激光焊接技术的应用领域日益广泛，相应的研究工作也在深入进行。本文将简要探讨激光焊接技术的应用研究进展，以及未来可能的发展趋势。激光焊接技术是一种基于高能激光束照射在材料表面，使材料迅速熔化、汽化，形成熔池，随后迅速冷却并凝固的焊接方法。激光焊接具有能量密度高、焊接速度快、热影响区小、变形小、精度高等优点，适用于多种材料的焊接。在汽车制造领域，激光焊接技术主要用于车身面板、发动机和底盘等关键部件的焊接。相较于传统焊接方法，激光焊接可以提高生产效率、降低生产成本，并提高车身的安全性能和外观质量。在电子电器领域，激光焊接技术广泛应用于微电子器件、集成电路和光学器件的封装和连接。由于激光焊接的热影响区小，能够有效地保护电路组件，提高产品的可靠性和稳定性。在航空航天领域，由于激光焊接的精度高、变形小，特别适合于航空航天器的高强度、高精度零件的制造和维修。通过激光焊接，可以显著提高航空航天器的安全性和使用寿命。在生物医学领域，激光焊接技术被广泛应用于组织和器官的修复与重建。例如，利用激光焊接技术可以精确地修复神经组织、血管和皮肤等，提高医疗效果。尽管激光焊接技术已经得到了广泛的应用，但仍然面临一些挑战和需要进一步研究的问题。提高激光焊接的效率与质量：目前，激光焊接的速度仍然受到热传导、熔池流动等因素的限制。如何提高焊接速度并保持高质量的焊接接头是当前研究的一个重要方向。适应不同材料与复杂结构的焊接：随着科技的发展，对激光焊接的适应性和灵活性提出了更高的要求。如何实现对不同材料和复杂结构的有效焊接，是未来研究的一个重要方向。激光焊接过程的高效监控与优化：激光焊接过程的监控对于保证焊接质量具有至关重要的意义。如何实现高效、准确的监控，以及通过优化工艺参数提高焊接质量与效率，是当前研究的一个重要方向。结合新技术，如机器人技术、数字化技术的融合应用：未来的制造业将是高度数字化和自动化的，如何将激光焊接技术与机器人技术、数字化技术进行融合应用，提高生产效率和灵活性，是未来研究的一个重要方向。激光焊接技术在各个领域的应用前景非常广阔。如何解决现有问题并适应未来的挑战，仍需要进行深入的研究。我们期待通过持续的研究和创新，使激光焊接技术在未来能够为制造业和社会发展带来更大的贡献。激光焊接技术是一种利用高能激光束作为热源，将金属或其他材料熔合在一起的技术。自20世纪70年代初问世以来，激光焊接技术以其高精度、高速度和高效率等特点，在制造业、材料加工业、电子业等领域得到了广泛的应用。本文将概述激光焊接技术的研究现状、应用场景、关键技术以及未来展望。激光焊接技术的研究主要集中在激光器的选择与优化、焊接工艺参数的确定、焊接质量的检测与控制等方面。目前，国内外研究者采用的理论模型主要包括能量守恒模型、质量守恒模型和传热模型等，以此来描述激光焊接过程中的物理行为和能量传输。同时，随着计算机技术的进步，数值模拟方法也被广泛应用于激光焊接过程的仿真与优化。制造业：激光焊接技术在制造业中应用广泛，如汽车制造、航空航天、轨道交通等领域。激光焊接可以提高制造效率，降低制造成本，同时提高产品的质量和安全性。材料加工业：激光焊接技术可用于不锈钢、铝合金、钛合金等金属材料的焊接，还可以应用于非金属材料的焊接，如塑料、陶瓷等。电子业：在电子业中，激光焊接技术可用于微电子器件、集成电路和太阳能电池等产品的封装和制造。光捕捉：激光焊接过程中，需要对激光束进行捕捉和调整，以确保激光束对准焊接部位，同时避免对周围部件造成损害。光束传输：激光焊接过程中，需要对激光束进行稳定传输，以保证激光束的能量和光强分布的均匀性。焊接参数：焊接参数是影响焊接质量的关键因素，包括激光功率、焊接速度、光斑大小等。这些参数需要根据不同的材料和工艺要求进行优化。随着科技的不断进步，激光焊接技术将迎来更多的发展机遇。未来，激光焊接技术将朝着高效率、高质量、智能化的方向发展。新技术：未来将不断有新的激光焊接技术出现，如激光复合焊接、激光填丝焊接等，这些技术将进一步提高激光焊接的质量和效率。新工艺：针对不同材料和工艺要求，将开发出更多新的激光焊接工艺，如激光点焊、激光缝焊等，以满足实际生产过程中的多样化需求。新应用：随着技术的进步和应用领域的拓展，激光焊接技术将应用于更广泛的领域，如新能源、生物医学等，为这些领域的发展提供新的动力。激光焊接技术作为一种先进的制造工艺，在制造业、材料加工业、电子业等领域得到了广泛应用。本文通过对激光焊接技术的研究现状、应用场景、关键技术和未来展望的综述，可以得出以下激光焊接技术具有高精度、高速度和高效率等特点，在各种工业领域中显示出广泛的应用前景。随着研究的深入和技术的进步，激光焊接技术的关键技术不断提升，为焊接质量的提高和焊接过程的优化提供了有力保障。未来，激光焊接技术将朝着高效率、高质量、智能化的方向发展，新的技术和工艺将不断涌现，推动激光焊接技术的创新和应用拓展。激光焊接技术在各个领域的应用不断拓展和深化，未来发展前景广阔。在此基础上，进一步研究和优化激光焊接技术的关键技术，提高焊接质量和效率，拓展其应用领域，将成为未来研究的重要方向。激光焊接技术属于熔融焊接，以激光束为能源，使其冲击在焊件接头上以达到焊接目的的技术。由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。激发电子或分子使其在转换成能量的过程中产生集中且相位相同的光束，Laser来自LightAmplificationbyStimulatedEmissionRadiation的第一个字母所组成。由光学震荡器及放在震荡器空穴两端镜间的介质所组成。介质受到激发至高能量状态时，开始产生同相位光波且在两端镜间来回反射，形成光电的串结效应，将光波放大，并获得足够能量而开始发射出激光。激光亦可解释成将电能、化学能、热能、光能或核能等原始能源转换成某些特定光频（紫外光、可见光或红外光的电磁辐射束的一种设备。）转换形态在某些固态、液态或气态介质中很容易进行。当这些介质以原子或分子形态被激发，便产生相位几乎相同且近乎单一波长的光束-----激光。由于具同相位及单一波长，差异角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及热处理等功能前可传送的距离相当长。世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达10^6瓦，但仍属于低能量输出。使用钕（ND）为激发元素的钇铝石榴石晶棒（Nd:YAG）可产生1---8KW的连续单一波长光束。YAG激光，波长为06uM，可以通过柔性光纤连接到激光加工头，设备布局灵活，适用焊接厚度5-6mm。使用CO2为激发物的CO2激光（波长6uM），输出能量可达25KW，可做出2mm板厚单道全渗透焊接，工业界已广泛用于金属的加工上。早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器，当时虽然能够获得较高的脉冲能量，但是这些激光器的平均输出功率相当低，这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性所决定的。激光焊接主要使用CO2激光器和YAG激光器，YAG激光器由于具有较高的平均功率，在它出现之后就成为激光点焊和激光缝焊的优选设备。激光焊接与电子束焊接的显著区别在于激光辐射不能产生穿孔焊接方式。而实际上，当激光脉冲能量密度达到10的6次方W/CM2时，就会在被焊接金属材料焊接界面上形成焊孔，小孔的形成条件得到满足，从而就可以利用激光束进行深熔焊接。在20世纪70年代以前，由于高功率连续波形激光器尚未开发出来，所以研究重点集中在脉冲激光焊接上。早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器。YAG激光器的焊接过程是通过焊点搭接而进行的，直到1KW以上的连续功率波形激光器诞生以后，具有真正意义的激光缝焊才得以实现。随着千瓦级连续CO2激光器焊接试验的成功，激光焊接技术在20世纪70年代初取得突破性进展。在大厚度不锈钢试件上进行CO2激光焊接，形成了穿透熔深的焊缝，从而清楚的标明了小孔的形成，而且激光焊接产生的深熔焊缝与电子束焊接相似。这些利用CO2激光器进行金属焊接的早期工作证明了高功率连续激光焊接的巨大潜能。在航空工业以及其他许多应用中，激光焊接能够实现很多类型材料的连接，而且激光焊接通常具有许多其他熔焊工艺无法比拟的优越性，尤其是激光焊接能够连接航空与汽车工业中比较难焊的薄板合金材料，如铝合金等，并且构件的变形小，接头质量高。激光加工另一项具有吸引力的应用方面是利用了激光能够实现局部小范围加热特性，激光所具有的这种热点使其非常适合于印刷电路板一类的电子器件的焊接，激光能在电子器件上非常小的区域内产生很高的平均温度，而接头以外的区域则基本不受影响。属于熔融焊接，以激光束为能源，冲击在焊件接头上。激光束可由平面光学元件（如镜子）导引，随后再以反射聚焦元件或镜片将光束投射在焊缝上。激光焊接属非接触式焊接，作业过程不需加压，但需使用惰性气体以防熔池氧化，填料金属偶有使用。激光焊可以与MIG焊组成激光MIG复合焊，实现大熔深焊接，同时热输入量比MIG焊大为减小。激光焊接可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形皆可降至最低。激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。激光束可聚焦在很小的区域，可焊接小型且间隔相近的部件，可焊材质种类范围大，亦可相互接合各种异质材料。易于以自动化进行高速焊接，亦可以数位或电脑控制。焊接薄材或细径线材时，不会像电弧焊接般易有回熔的困扰。（1）可将入热量降到最低的需要量，热影响区金相变化范围小，且因热传导所导致的变形亦最低。（2）32mm板厚单道焊接的焊接工艺参数业经检定合格，可降低厚板焊接所需的时间甚至可省掉填料金属的使用。（3）不需使用电极，没有电极污染或受损的顾虑。且因不属于接触式焊接制程，机具的耗损及变形皆可降至最低。（4）激光束易于聚焦、对准及受光学仪器所导引，可放置在离工件适当之距离，且可在工件周围的机具或障碍间再导引，其他焊接法则因受到上述的空间限制而无法发挥。（5）工件可放置在封闭的空间（经抽真空或内部气体环境在控制下）。（10）不受磁场所影响（电弧焊接及电子束焊接则容易），能精确的对准焊件。激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，熔深很浅，一旦达到或超过此值，熔深会大幅度提高。只有当工件上的激光功率密度超过阈值（与材料有关），等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行。如果激光功率低于此阈值，工件仅发生表面熔化，也即焊接以稳定热传导型进行。而当激光功率密度处于小孔形成的临界条件附近时，深熔焊和传导焊交替进行，成为不稳定焊接过程，导致熔深波动很大。激光深熔焊时，激光功率同时控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接与光束功率密度有关，且是入射光束功率和光束焦斑的函数。一般来说，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。光束斑点大小是激光焊接的最重要变量之一，因为它决定功率密度。但对高功率激光来说，对它的测量是一个难题，尽管已经有很多间接测量技术。光束焦点衍射极限光斑尺寸可以根据光衍射理论计算，但由于聚焦透镜像差的存在，实际光斑要比计算值偏大。最简单的实测方法是等温度轮廓法，即用厚纸烧焦和穿透聚丙烯板后测量焦斑和穿孔直径。这种方法要通过测量实践，掌握好激光功率大小和光束作用的时间。材料对激光的吸收取决于材料的一些重要性能，如吸收率、反射率、热导率、熔化温度、蒸发温度等，其中最重要的是吸收率。影响材料对激光光束的吸收率的因素包括两个方面：首先是材料的电阻系数，经过对材料抛光表面的吸收率测量发现，材料吸收率与电阻系数的平方根成正比，而电阻系数又随温度而变化；材料的表面状态（或者光洁度）对光束吸收率有较重要影响，从而对焊接效果产生明显作用。CO2激光器的输出波长通常为6μm，陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高，而金属材料在室温时对它的吸收很差，直到材料一旦熔化乃至气化，它的吸收才急剧增加。采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法，提高材料对光束的吸收很有效。焊接速度对熔深影响较大，提高速度会使熔深变浅，但速度过低又会导致材料过度熔化、工件焊穿。所以，对一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一个合适的焊接速度范围，并在其中相应速度值时可获得最大熔深。激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，当某些材料焊接可不计较表面氧化时则也可不考虑保护，但对大多数应用场合则常使用氦、氩、氮等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化。氦气不易电离（电离能量较高），可让激光顺利通过，光束能量不受阻碍地直达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体，但价格比较贵。氩气比较便宜，密度较大，所以保护效果较好。但它易受高温金属等离子体电离，结果屏蔽了部分光束射向工件，减少了焊接的有效激光功率，也损害焊接速度与熔深。使用氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护时来得光滑。氮气作为保护气体最便宜，但对某些类型不锈钢焊接时并不适用，主要是由于冶金学方面问题，如吸收，有时会在搭接区产生气孔。使用保护气体的第二个作用是保护聚焦透镜免受金属蒸气污染和液体熔滴的溅射。特别在高功率激光焊接时，由于其喷出物变得非常有力，此时保护透镜则更为必要。保护气体的第三个作用是对驱散高功率激光焊接产生的等离子屏蔽很有效。金属蒸气吸收激光束电离成等离子云，金属蒸气周围的保护气体也会因受热而电离。如果等离子体存在过多，激光束在某种程度上被等离子体消耗。等离子体作为第二种能量存在于工作表面，使得熔深变浅、焊接熔池表面变宽。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，只有电离能高的保护气体，才不致因气体本身的电离而增加电子密度。从表可知，等离子体云尺寸与采用的保护气体不同而变化，氦气最小，氮气次之，使用氩气时最大。等离子体尺寸越大，熔深则越浅。造成这种差别的原因首先由于气体分子的电离程度不同，另外也由于保护气体不同密度引起金属蒸气扩散差别。氦气电离最小，密度最小，它能很快地驱除从金属熔池产生的上升的金属蒸气。所以用氦作保护气体，可最大程度地抑制等离子体，从而增加熔深，提高焊接速度；由于质轻而能逸出，不易造成气孔。从我们实际焊接的效果看，用氩气保护的效果还不错。等离子云对熔深的影响在低焊接速度区最为明显。当焊接速度提高时，它的影响就会减弱。保护气体是通过喷嘴口以一定的压力射出到达工件表面的，喷嘴的流体力学形状和出口的直径大小十分重要。它必须以足够大以驱使喷出的保护气体覆盖焊接表面，但为了有效保护透镜，阻止金属蒸气污染或金属飞溅损伤透镜，喷口大小也要加以限制。流量也要加以控制，否则保护气的层流变成紊流，大气卷入熔池，最终形成气孔。为了提高保护效果，还可用附加的侧向吹气的方式，即通过一较小直径的喷管将保护气体以一定的角度直接射入深熔焊接的小孔。保护气体不仅抑制了工件表面的等离子体云，而且对孔内的等离子体及小孔的形成施加影响，熔深进一步增大，获得深宽比较为理想的焊缝。此种方法要求精确控制气流量大小、方向，否则容易产生紊流而破坏熔池，导致焊接过程难以稳定。焊接时通常采用聚焦方式会聚激光，一般选用63~254mm(5”~10”)焦距的透镜。聚焦光斑大小与焦距成正比，焦距越短，光斑越小。但焦距长短也影响焦深，即焦深随着焦距同步增加，所以短焦距可提高功率密度，但因焦深小，必须精确保持透镜与工件的间距，且熔深也不大。由于受焊接过程中产生的飞溅物和激光模式的影响，实际焊接使用的最短焦深多为焦距126mm(5”)。当接缝较大或需要通过加大光斑尺寸来增加焊缝时，可选择254mm(10”)焦距的透镜，在此情况下，为了达到深熔小孔效应，需要更高的激光输出功率（功率密度）。当激光功率超过2kW时，特别是对于6μm的CO2激光束，由于采用特殊光学材料构成光学系统，为了避免聚焦透镜遭光学破坏的危险，经常选用反射聚焦方法，一般采用抛光铜镜作反射镜。由于能有效冷却，它常被推荐用于高功率激光束聚焦。焊接时，为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。焦点与工件表面相对位置的变化直接影响焊缝宽度与深度。在大多数激光焊接应用场合，通常将焦点的位置设置在工件表面之下大约所需熔深的1/4处。对不同的材料进行激光焊接时，激光束位置控制着焊缝的最终质量，特别是对接接头的情况比搭接结头的情况对此更为敏感。例如，当淬火钢齿轮焊接到低碳钢鼓轮，正确控制激光束位置将有利于产生主要有低碳组分组成的焊缝，这种焊缝具有较好的抗裂性。有些应用场合，被焊接工件的几何形状需要激光束偏转一个角度，当光束轴线与接头平面间偏转角度在100度以内时，工件对激光能量的吸收不会受到影响。激光深熔焊接时，不管焊缝深浅，小孔现象始终存在。当焊接过程终止、关闭功率开关时，焊缝尾端将出现凹坑。当激光焊层覆盖原先焊缝时，会出现对激光束过度吸收，导致焊件过热或产生气孔。为了防止上述现象发生，可对功率起止点编制程序，使功率起始和终止时间变成可调，即起始功率用电子学方法在一个短时间内从零升至设置功率值，并调节焊接时间，最后在焊接终止时使功率由设置功率逐渐降至零值。（2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。（3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件，生产线上不适合使用激光焊接。（4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。（5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。为了消除或减少激光焊接的缺陷,更好地应用这一优秀的焊接方法,提出了一些用其它热源与激光进行复合焊接的工艺,主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外还提出了各种辅助工艺措施，如激光填丝焊（可细分为冷丝焊和热丝焊）、外加磁场辅助增强激光焊、保护气控制熔池深度激光焊、激光辅助搅拌摩擦焊等。(1)功率密度。功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度，在微秒时间范围内，表层即可加热至沸点，产生大量汽化。高功率密度对于材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。对于较低功率密度，表层温度达到沸点需要经历数毫秒，在表层汽化前，底层达到熔点，易形成良好的熔融焊接。在传导型激光焊接中，功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。(2)激光脉冲波形。激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题，尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面，金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉，且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内，金属反射率的变化很大。(3)激光脉冲宽度。脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一，它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，也是决定加工设备造价及体积的关键参数。(4)离焦量对焊接质量的影响。激光焊接通常需要一定的离做文章一，因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。离焦方式有两种：正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦，反之为负离焦。按几何光学理论，当正负离焦平面与焊接平面距离相等时，所对应平面上功率密度近似相同，但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时，可获得更大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属并出现问分汽化，形成市压蒸汽，并以极高的速度喷射，发出耀眼的白光。与此同时，高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘，在熔池中心形成凹陷。当负离焦时，材料内部功率密度比表面还高，易形成更强的熔化、汽化，使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中，当要求熔深较大时，采用负离焦；焊接薄材料时，宜用正离焦。激光焊接机技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域，给人们的生活质量带来了重大提升，更是带领家电行业进入了精工时代。特别是在大众汽车创造的42米无缝焊接技术，大大提高了车身整体性和稳定性之后，家电领头企业海尔集团隆重推出首款采用激光无缝焊接技术生产的洗衣机，该家电为人民珍视了科技的进步，先进的激光技术可以为人民的生活带来巨大的改变。随着洗衣机全球品牌地位的不断巩固，其对行业的引领开始全面展现，然而有激光焊接机技术的支持，也将对家电行业有一个更深的改革。据海尔研发人员介绍，市场上的全自动洗衣机内桶的制造技术大多采用“扣搭”技术，内桶的衔接处会存在缝隙或不平整，导致桶体强度不高、对衣物产生不必要磨损。为了进一步提高内桶的可靠性和精细化，海尔洗衣机以汽车、造船行业为参照母本，将激光无缝焊接技术应用在匀动力洗衣机新品上，避免了内桶缝隙和不平整的产生，在全面提高了产品的可靠性的同时更加呵护衣物。由于内桶的强度的提高，匀动力洗衣机脱水过程中最高转速比普通全自动洗衣机也提高了25%，脱水效率大幅提升，并且耗电少、用时省。还了解到，中德造船业合作研发的“高功率激光焊接机技术”，保证了轮船的安全性，进一步加强了船身结构；在航空领域，激光无缝焊接技术也已广泛应用于飞机发动机的制造上，同时，铝合金机身的激光无缝焊接技术可以取代铆钉，从而减轻了20%的机身重量；我国的高铁轨道也引进了激光无缝焊接技术，在提高安全性能同时，也大大降低了噪音，为旅客带来安静舒心的乘车环境。随着科技的全面发展，激光焊接机技术的不断巩固与应用，也带领全球的家电产业步入了一个新时代，新的工艺不仅是产品的升级，也是更多科技的展示和应用。制造业应用激光拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技术在国外轿车制造中得到广泛的应用，据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条，年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。日本以CO2激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，无法熔焊，但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功，显示了激光焊的广阔前途。日本还在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修等，在国内苏宝蓉等还进行了齿轮的激光焊接技术。粉末冶金领域随着科学技术的不断发展，许多工业技术上对材料特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。汽车工业20世纪80年代后期，千瓦级激光成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现代汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。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，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，根据美国金属市场统计，至2002年底，激光焊接钢结构的消耗将达到70000t比1998年增加3倍。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点，激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在工艺方面美国Sandia国家实验室与PrattWitney联合进行在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究，德国不莱梅应用光束技术研究所在使用激光焊接铝合金车身骨架方面进行了大量的研究，认为在焊缝中添加填充余属有助于消除热裂纹，提高焊接速度，解决公差问题，开发的生产线已在奔驰公司的工厂投入生产。电子工业激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在05-1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。生物医学生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，Klink等及jain用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性，使更多研究者尝试焊接各种生物组织，并推广到其他组织的焊接。有关激光焊接神经方面国内外的研究主要集中在激光波长、剂量及其对功能恢复以及激光焊料的选择等方面的研究，刘铜军进行了激光焊接小血管及皮肤等基础研究的基础上又对大白鼠胆总管进行了焊接研究。激光焊接方法与传统的缝合方法比较，激光焊接具有吻合速度快，愈合过程中没有异物反应，保持焊接部位的机械性质，被修复组织按其原生物力学性状生长等优点将在以后的生物医学中得到更广泛的应用。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