激光焊接技术的应用与发展
于永庆
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于永庆,. 激光焊接技术的应用与发展[J]. 光电子进展,2022.7. DOI:10.12721/ccn.2022.160227.
摘要: 激光焊接是较为先进的焊接工艺,具有精度高、形变低的特点,并在实践中被广泛应用。本文对激光焊接技术的原理进行分析,对激光焊接技术在不同行业中的应用路径予以探讨。
关键词: 激光焊接技术;原理;应用;发展趋势
DOI:10.12721/ccn.2022.160227
基金资助:

引言

激光焊接技术与传统焊接技术相比具有精度高、形变低的特点,因此被广泛应用于对航天航空、汽车工业、机械制造等,对焊接精度要求较高的行业之中。目前激光焊接技术主要的技术类型为CO2激光焊接和YAG激光焊接,焊接过程中包含智能控制、复合焊接、焊接缺陷的修复等技术。

1激光焊接技术原理

激光焊接技术是通过激光将待焊金属进行融化并冷却后形成焊接。待焊金属的融化是通过激光作用在金属上形成的高热量完成的,这种作用分为两个类型。一是热传导作用。这种方式是将激光所携带的热量辐射至待焊接的金属表面,使金属吸收热量后发生融化,冷却后完成焊接。在焊接过程中不是所有的能量都能被金属吸收,还会有一部分被金属反射。二是激光深融作用。这种方式是采用更大能量的激光,将待焊接的金属加热至汽化。通过汽化后的蒸汽形成的推力,将融化的金属液体向外流动形成一个凹坑。激光照射的时间越长,凹坑形成的深度越大。激光停止照射后,金属液体向凹坑内回流,冷却后完成焊接[1]

2激光焊接在不同行业的应用

(1)在制造业的应用。激光焊接技术在制造业尤其是国外轿车制造过程中被广泛应用。在汽车生产过程中,需要对坯板进行剪裁并焊接。全国范围内有数百条生产线 用激光焊接的方式来完成这个过程。包括国外在我国设立的汽车生产厂,采用激光焊接方式剪裁坯板结构的生产线数量越来越多。除此之外,轧钢卷材链接的制造流水线中,也广泛的应用激光焊接技术来替代传统焊接技术。超薄板的焊接中,只有激光焊接能够完成一定厚度以下的箔片焊接。因此激光焊接在制造业中的发展前景良好[2]。近几年,国内轨道车辆生产已经开始采用激光焊接工艺,如:长客股份、青岛四方等,已经在地铁车辆侧墙焊接时采用,解决了侧墙使用电阻焊时的变形问题,产品外观也更加平整、美观。

(2)在粉末冶金领域的应用。粉末冶金是近年来新研发出的一种工业制造材料,弥补了很多工业制造行业对特殊材料需求的空缺。粉末冶金材料在工业制造中具有明显的优势,因此在航天制造、汽车制造等领域均得到了广泛的应用。虽然粉末冶金材料在性能上比传统冶炼铸造的材料更好,但是其也有一定的弊端。即粉末冶金材料难以通过传统的焊接方式与其他部位进行连接。这极大的限制了粉末冶金材料在制造工业中的广泛应用。但激光焊接技术的应用能够有效的解决这一问题。在粉末冶金材料上使用激光焊接技术能够有效的将粉末冶金材料与其他零件进行焊接。并且焊接后的连接部位更加的牢固。

(3)在汽车工业的应用。汽车工业是较早应用激光焊接技术的行业之一,早在20世纪80年代,就已经在汽车生产过程中使用了激光焊接技术,并在当时由于焊接成果好、效率高而被广泛接受。时至今日,激光焊接技术已经成为汽车工业中被普遍应用的焊接技术。无论是高端汽车品牌如奔驰、奥迪等,还是其他品牌如福特等,都在其汽车生产中使用了激光焊接技术来连接车顶和车身等部位。并且在此基础之上,应用激光焊接技术的汽车企业数量还在不断的增加,并且在生产线上应用的范围逐渐扩大。比如日本的汽车制造产业,将激光焊接技术应用于车身覆盖件的制造。由于汽车制造产业要求生产效率高、自动水平高,因此行业的整体趋势是增加对激光焊接技术的适用。尤其是在车身的制造过程中,激光焊接技术能够高效的满足生产企业对焊接质量的要求,经过激光焊接的部位能够有效的承受高强度的冲击。随着应用的范围逐渐扩大,激光焊接技术在汽车工业的应用也在不断创新以期获得更好的焊接效果。比如,美国的研究方向是激光焊接中粉末金属的添加,德国的研究方向在提升铝合金材料的车身框架的激光焊接质量等等[3]。通过不断的深入研究,激光焊接技术已取得了许多技术突破,并在实际工业制造中得到了应用。

(4)在电子工业中的应用。激光焊接技术在焊接时,能够仅对固定区域内进行加热,而不会影响周边的区域,因此在电子工业,尤其是微电子工业中被广泛应用。在焊接集成电路和半导体客体封装的过程中,对焊接的精度要求很高,同时要求焊接区域集中,加热速度快,激光焊接技术均能够满足这些要求。在传感器和温控器的焊接中,由于其波纹片非常薄,采用传统焊接技术容易发生焊接穿孔的情况。而使用激光焊接技术能够很好的解决这一技术难题。

(5)在其他领域的普遍应用。除了上述应用场景外,激光焊接技术在其他领域也被广泛应用。尤其是随着其技术不断发展,应用的范围越来越广泛。如德国的玻璃制造企业甚至利用激光焊接技术对平板玻璃进行焊接。

3 激光焊接的激光发生器和工艺发展趋势

激光焊接技术被良好应用的关键在于其激光发生器的稳定性,目前的激光焊接发生器有两种,CO2激光发生器和YAG激光发生器。CO2激光发生器在使用过程中可能会发生大功率放电不稳定的问题。YAG激光发生器的光泵鼓励光源的使用寿命还有待提高。虽然存在一些问题,但激光发生器总体仍旧具有放电稳定、使用寿命长的特点,能够满足各行业工业生产的需求。针对激光发生器的质量瑕疵,还需要加强对设备的技术研究,提高设备技术基础之上对周边的设备质量也要同时予以提升。要对激光加工工艺中激光束的大小、加工质量的监控、光学系统的稳定性等问题进行研究之外,还需要对焊接材料、焊接设备的质量进行研究。从多方面共同提高激光焊接技术的焊接质量,使激光焊接技术更加完备[4]

结语

激光焊接技术相比于传统焊接技术具有很强的优势性,具有焊接效率高、焊接质量好等特点,因此激光焊接技术被广泛的应用于各行的工业生产之中。并且随着工业生产行业的不断发展,其对激光焊接技术的需求也不断增加。因此应当对激光焊接技术不断加以研发,使其技术提升以适应生产行业的发展需求。通过对激光技术的提升和发展,使激光技术在各行业有更加广阔的前景。

参考文献:

[1]曹润平.激光焊接技术应用及其发展趋势探讨[J].中国机械,2019(23):112-113.

[2]王志,胡芳友,崔爱永,等.激光焊接技术的研究现状及发展趋势[J].新技术新工艺,2019(3):42-44.

[3]穆世军.激光焊接技术的研究现状及发展趋势探究[J].科技创新导报,2019,16(10):129+131.

[4]户加利.激光焊接技术的研究现状及发展趋势[J].科学技术创新,2017(21):117-118.

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