第一篇：激光焊接技術的應用及發展

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題目：激光焊接技術的應用及發展班級：姓名：學號：

激光焊接技術的應用及發展

高偉

（沈陽工業大學 材料科學與工程學院 遼寧 沈陽）

摘 要：激光焊接作為一種新型的焊接方法，已經在越來越多的領域得到廣泛的應用。本文對激光焊接技術的概況、國內外激光焊接技術的研究現狀、激光焊接技術的應用、激光焊接技術的發展等方面進行了綜述。希望對激光焊接技術的應用和發展有一個比較全面的了解。

關鍵字：激光焊接技術 應用領域 發展

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

激光焊接作為一種新型的焊接技術已被廣泛的應用于IT、醫療、電子、汽車、機械和航天等行業，為優質、高效、無污染和低成本的現代加工生產開辟了廣闊的前景。由于具有很高的適應性、很強的加工能力以及更加先進的質量檢測手段，激光焊接在許多行業已經逐步取代了一些傳統的焊接技術。

1激光焊接技術的概況

目前激光焊接是激光工藝技術應用的核心內容,同樣是目前大力發展的一種焊接技術。一些國外發達國家早已將激光焊接技術應用于工業生產方面,而國內在開發激光焊接技術的時候,州門還要擬定起一個匹配于我國工業的發展規劃書。隨著工業制造的持續發展,高效的加工技術將會是未來工業發展的必然趨勢,而激光焊接則符合這一發展趨勢。通過長期實踐我們總結出,激光焊接在加工業的應用面非常寬,激光焊接術較之常規焊接技術其焊接品質更高,月加工更有效率。

激光焊接的特點是被焊接工件變形極小,焊接深度/寬度比高,熱影響區小,因此焊接質量比傳統焊接方法高,它們在工業上的應用越來越廣泛。激光焊接還具有不受磁場的影響,不局限于導電材料,不需要真空的工作條件并且焊接過程中不產生X射線等優點。隨著制造部門把自動化技術應用到焊接過程,激光和計算機控制的結合能夠更好更精確地控制焊接過程,從而提高產品質量。保證激光焊接的質量,也就是激光焊接過程監測與質量控制也已成為激光利用領域的重要內容,包括利用電感、電容、聲波、光電等各種傳感器,通過電子計算機處理,針對不同焊接對象和要求,實現諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫質量監測等項目,通過反饋控制調節焊接工藝參數,從而實現自動化激光焊接。激光可以用于對很多材料的焊接,碳鋼、低合金高強度鋼、不銹鋼、鋁合金和鈦合金等都可以用激光進行焊接。一般來說,激光焊接的速度跟激光功率成正比,也受到工件的材料類型和厚度的影響。激光焊接的應用也隨著激光焊接技術的發展而日趨廣泛,目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽車制造、壓力容器制造、民用及醫用等多個領域。2激光焊接技術的研究現狀

目前,國內一些激光設備與生產單位主要生產kW級的CO2激光設備和1 kW以下的固體YAG激光設備。對激光焊接研究主要集中在激光焊接等離子體形成機理、特性分析、檢測、控制、深熔激光焊接模擬、激光-電弧復合熱源的應用、激光堆焊、超級鋼焊接、水下激光焊接、寬板激光拼焊、填絲激光焊、鋁合金激光焊、激光切割質量控制等。

清華大學彭云等人分析了超細晶粒鋼的焊接性及激光焊接的特點,進行了400 M Pa和800 M Pa 2 種超細晶粒鋼的激光焊接試驗,并與等離子弧焊接、MAG焊接進行了比較。無論是碳鋼或經合金強化的高強度鋼,還是通過特殊冶金加工的高強度鋼,在快速加熱和冷卻的激光焊條件下,一方面接頭的硬度大大高于母材,使接頭易產生裂紋;另一方面激光的再熱作用使HAZ出現軟化區。目前,對于高強度鋼激光焊接性方面的研究還不足,其應用還缺少更多的數據,需進一步深入研究。

相關資料顯示,激光的高能量密度不但可以融化金屬,且還能夠將金屬完全汽化,而金屬在氣化后與激光束接觸,就會出現等離子體。等離子體可以吸收激光束,同時還能夠將激光進行反射,這樣就會導致光斑聚焦發生偏移,這在很大程度上都影響著激光的焊接質量。因此控制等離子體,尉罷在激光焊接技術的主要問題。近年來國外開發了激光擺動法,其理論為將光束沿悍接方向反復擺動,時間在匙孔出現后和等離子體出現前,這樣有效的防止了等離子體的出現。而相關資料顯示,等離子體的內質密度為影響激光束傳輸的核心要素,其可以經磁場輻射遏制等離子體對激光束的屏蔽效應。

另外,我們還進行了一些難熔金屬的焊接,如鎢、鑰、祖等,這些金屬的熔點都在2600℃以上,用傳統的焊接方法成品率低且質量不能保證,用激光焊接不僅工藝簡單,而且成品率均在98%以上。對熔點溫度相差很大的兩種不同的金屬進行激光焊接,例如銅和鐵、鋼和金、鉻和欽、鐵和鑰、鎳和鉑等,都可收到很好的效果。激光焊接作為一種特殊的焊接工藝,正逐漸被人們所認識和使用,隨著我國改革開放的不斷深入,激光焊接技術一定會得到矚目的發展。

3激光焊接技術的應用

伴隨工業激光器的研發以及相關學者對焊接技術的研究,目前此技術已被廣泛應用。不過因成本問題,應用激光焊接的基本都是量產焊接的行業,七以口造船業以及汽車制造業等等,同時很多投資較大的特殊行業也會應尾激光焊接技術。在歐美地區,激光焊接已被汽車業以及金屬加工業所廣泛應用二而在中國,激光焊接術還僅僅被應用在電氣等工業。現階段很多發達國家的主要紹齊來源都要依附于汽車工業,很多發達國家平均每年的汽車出產量少則數千萬計,所以,制造技術的完善及發展,始全緒日是相關學者的主要研究課題。利用激光焊接技術,能夠有效的控制車體的質量,而且還在很大程度上提高了車身的強度,最主要的是降低了汽車的生產成本。

近年來激光焊接技術已應用于造船領域,一般的船用板材都需要達到一定的厚度,且焊縫較長,所以焊接后的翹曲以及變形為造船業的一大問題。相關資料顯示,通過普通焊接工藝,大概有四分之一的工作量都應尾到了船板的整型中。因為激光焊接有較高的能量密度,同時光斑范圍較小,熱影響范圍較常規的弧焊要小很多,焊后無顯著的變形從而激卿旱接技術十分適用于造船業。通過激光對塑料施焊,在發達國家已是非常成熟的技術,而此技術在國內正處于發展中。常規塑料焊接基本都是以高頻焊、熱熔焊以及振動摩擦焊為主,上述焊接技術難以達到那些結構繁瑣、加工精度高領域白舫目關要求。3.1激光焊接技術在汽車制造上的應用

工業上的激光焊接技術是目前激光工業中的第三大領域,在當今社會中已有大幅度的增長和廣泛的應用。特別是在制造業的汽車產亞上,車身的部件大部分采用了激光的焊接技術,已取代我國傳統的電阻電焊技術。激光焊接技術在國內外都有廣泛的應用。例如日本本田汽車車門框和各種材料上的激光焊接。美國的福特汽車的中央門柱焊接技術。通過幾個案例可以表明激戶己焊接技術在汽車車身的制造上是非常可取的。激光技術不斷隨著社會改革發展而增加擴大范圍,激光在工業上的用途也有了大幅度的提升。德國奧迪、奔馳、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車制造廠早在20世紀80年代就率先采用激光焊接車頂、車身、側框等鈑金焊接,20世紀90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將激光焊接引入汽車制造,盡管起步較晚,但發展很快。意大利菲亞特在大多數鋼板組件的焊接裝配中采用了激光焊接,日本的日產、本田和豐田汽車公司在制造車身覆蓋件中都使用了激光焊接和切割工藝,高強鋼激光焊接裝配件因其性能優良在汽車車身制造中使用得越來越多。激光焊接還廣泛應用到變速箱齒輪、半軸、傳動軸、散熱器、離合器、發動機排氣管、增壓器輪軸及底盤等汽車部件的制造,成為汽車零部件制造的標準工藝。應當看到我國一些汽車制造廠家已經在部分新車型中采用激光焊接技術,而且從激光焊接技術本身研究的角度看,我國一些科研院所在一些具有特色的領域取得了具有特色的成果。隨著我國汽車工業的快速發展,激光焊接技術一定會在汽車制造領域取得豐碩的成果和廣泛的應用。

在電子工業中對激光焊接技術需求也是必不可少的。主要應用在顯像管的電子槍,且在這方面上獲得不錯成績,在日本的東芝公司中已成功的將焊接顯像電子槍裝配到線上。我國有幾個廠家也應用了,華中理工大學所研發出來的激光焊接電子槍設備。另外,激光的焊接在續電器、電路引線、計算機配件中獲得較大成功。3.2塑料激光焊接的應用

激光焊接是一項無振動焊接技術,因此它特別適合用于鼠標、移動電話、連接器等加工精密的電子元器件,以及那些需要以更清潔的方式來熔接的復雜部件,例如含有線路板的塑料制品、醫療設備等。在汽車工業中,激光焊接塑料技術可用于制造很多汽車零部件,激光還可以將塑料薄膜焊接在一起,操作過程可以完成的非常快。

塑料激光焊接技術是一種變革性的短流程、數字化、知識化、綠色環保、先進的近凈成形新技術，正在成為激光焊接領域的一個熱點；它具有成本低、速度快、加工方便、原材料適用范圍廣、實現精密數控容易、結合性和工藝性好等許多優點$并且以其十分獨特的技術和經濟優勢彌補了常規塑料連接方法的不足。在未來幾年，中國將有可能成為全球最大的塑料產品市場要使激光焊接技術在塑料材料高品質，高附加值的加工領域獲得應有的地位，這樣塑料激光焊接技術所帶來的巨大經濟效益和社會效益是毋庸置疑的。3.3激光焊接在船舶制造上的應用

船舶制造中，鋼板從儲存、運輸到下料切割、裝配焊接等一直是增加變形的過程，特別是焊接，鋼板變形影響很大。很多船廠花費大量人力物力用于焊接變形的火工校正工作。據統計，單船焊接費用占到整個船體制造費用的30%以上。現在船東、船檢對船舶的質量要求提高，特別是豪華游船，船體外觀要求很光順，而船廠為達此要求花費很高。而使用激光焊接，速度快，變形小，焊縫窄，光順美觀，節省了大量后續校正工作。激光焊接不僅是制造工藝上的變化，而且也帶來了船體結構上的創新和變化。例如，美國在最新建造的新型船舶上廣泛使用高強度、低合金鋼的T形構件，通過激光焊接技術的采用，令船舶的重量大幅降低。船用復雜結構如“三明治”板、T型和I型結構等，傳統焊接方法的熱輸人量大，易引起工件嚴重變形、熱影響區性能下降等問題;此外“三明治”結構是在兩層薄板間加不同形式的撐板來實現整體結構的強度提升和重量減輕，弧焊方法難以完成。采用激光焊接技術這些問題都可解決.激光焊接技術可改進船舶設計的理念、減輕船舶的重量、降低船舶制造成本等。在歐洲，激光焊接已應用于護衛艦、輕型巡洋艦、大型游艇的焊接，它能夠提高板的有效載荷，滿足輕型設計要求，同時具有較高焊接速度。3.4其他領域

在其他行業中，激光焊接也逐漸增加，特別是在特種材料焊接方面，我國進行了許多研究，如對BT20鈦合金、HE130合金、Li-ion電池等激光焊接。德國玻璃機械制造商Glamaco Coswig公司與IFW接合技術與材料實驗研究院合作開發出了一種用于平板玻璃的激光焊接新技術。

4激光焊接技術的發展

目前,在激光焊接技術研究與應用方面處于世界領先水平的國家有德國、日本、瑞士和美國等國。橫流連續CO2激光加工設備的輸出功率可達20kW,脈沖N d∶YAG激光器的最大平均輸出功率也已達到4kW,并且實現了納秒級的脈沖寬度。激光焊接能夠實現的材料厚度最大已達80mm,最小為0.05mm,大部分材料的激光焊接質量均超過傳統焊接工藝。激光焊接技術正朝著低成本、高質量的方向發展,具有很大的發展潛力和發展前景。可以預料,激光焊接工藝將逐步占據焊接領域的主要位置,并取代一些傳統落后的焊接方法。5結束語

激光焊接技術是集激光技術、焊接技術、自動化技術、材料技術、機械制造技術及產品設計為一體的綜合技術。汽車工業的發展對焊接質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、適應性強等優點,在汽車工業中充分發揮了其先進、快速、靈活的加工特點,不僅在生產率方面高于傳統焊接方法,而且焊接質量也得到了顯著的提高。激光焊接技術發展到今天,其逐步取代電弧焊、電阻焊等傳統焊接方法的趨勢已不可逆轉。在未來的21世紀中,激光焊接技術在材料連接領域必將起到至關重要的作用。

隨著技術和工藝方法的不斷進步,激光作為非接觸柔性制造工具的特性將體現得更為明顯。激光制造必然成為便捷高效、綠色環保、節能降耗的先進制造技術,促進我國工業領域的技術進步和產品技術改造,滿足國民經濟尤其是制造業的發展需要。

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第二篇：水下激光焊接技術的應用

水下激光焊接技術的應用

海洋工程結構因常年在海上工作，其工作環境極為惡劣，除受到結構的工作載荷外，還要承受風暴、波浪、潮流引起的附加載荷以及海水腐蝕、砂流的磨蝕、地震或寒冷地區冰流的侵襲。此外，石油天然氣的易燃易爆性對結構也存在威脅。而且海洋結構的主要部分在水下，服役后焊接接頭的檢查和修補很困難，費用也高，一旦發生重大結構損傷或傾覆事故，將造成生命財產的嚴重損失。所以對海洋工程結構的設計制造、材料選擇以及焊接施工等都有嚴格的質量要求。而隨著海洋石油和天然氣工業的發展,海洋管道工程日益向深海挺進,我國作為一個發展中的沿海大國,國民經濟要持續發展,就必須把海洋的開發和保護作為一項長期的戰略任務。大量的海底管道施工工程對水下焊接技術提出了新的要求。

水下焊接由于水的存在，使焊接過程變得更加復雜，并且會出現各種各樣陸地焊接所未遇到的問題，目前，世界各國正在應用和研究的水下焊接方法種類繁多，應用較成熟的是電弧焊。隨著水下焊接技術的發展，除了常用的濕法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出現了一些新的水下焊接方法。但是，從各國海洋開發的前景來看，水下焊接的研究遠遠不能適應形勢發展的需要。因此，加強這方面的研究，無論是對現在或將來，都將是一項非常有意義的工作。

濕法水下焊接

濕法焊接中，水下焊接的基本問題表現最為突出。因此采用這類方法難以得到質量好的焊接接頭，尤其在重要的應用場合，濕法焊接的質量難以令人滿意。但由于濕法水下焊接具有設備簡單、成本低廉、操作靈活、適應性強等優點。所以，近年來各國對這種方法仍在繼續進行研究，特別是涂藥焊條和手工電弧焊，在今后一段時期還會得到進一步的應用。在焊條方面，比較先進的有英國Hydroweld公司發展的Hydroweld FS水下焊條，美國的專利水下焊條7018’S 焊條，以及德國Hanover大學基于渣氣聯合保護對熔滴過渡的影響和保護機理所開發的雙層自保護藥芯焊條。美國的Stephen Liu等人在焊條藥皮中加入錳、鈦、硼和稀土元素，改善了焊接過程中的焊接性能，細化了焊縫微觀組織。水下焊條的發展促進了濕法水下焊接技術的應用。目前，在國、內外都有采用水下濕法焊條電弧焊技術進行水下焊接施工的范例。

藥芯焊絲的出現和發展適應了焊接生產向高效率、低成本、高質量、自動化和智能化方向發展的趨勢。英國TWI與烏克蘭巴頓研究所成功開發了一套水下濕法藥芯焊絲焊接的送絲結構、控制系統及其焊接工藝。華南理工大學機電工程系劉桑、鐘繼光等人開發了一種藥芯焊絲微型排水罩水下焊接方法，從實用經濟的角度出發,完全依靠焊接時自身所產生的氣體以及水汽化產生的水蒸氣排開水而形成一個穩定的局部無水區域,使得電弧能在其中穩定的燃燒。微型排水罩的尺寸和結構決定了焊接過程中無水區(局部排水區)的大小和穩定程度。除此之外，他們還通過復合濾光技術和水下CCD攝像系統，采集出了藥芯焊絲水下焊接電弧區域圖像，從而為水下濕法焊接電弧的機理分析及水下焊接過程控制奠定了基礎。

20081182069光信0802林裕

第三篇：鋁合金激光焊接技術

一、鋁合金激光焊接的發展

鋁合金密度低，但強度比較高，塑性好，可加工成各種型材，具有優良的導電性、導熱性和抗蝕性，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學工業中已大量應用。鋁合金的廣泛應用促進了鋁合金焊接技術的發展，同時焊接技術的發展又拓展了鋁合金的應用領域，因此鋁合金的焊接技術正成為研究的熱點之一。

不過，鋁合金本身的特性使得其相關的焊接技術面臨著一些亟待解決的問題：表面難溶的氧化膜、接頭軟化、易產生氣孔、容易熱變形以及熱導率過大等。以往的生產實踐中，鋁合金的焊接常用鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊。雖然這兩種焊接方式能量密度較大，焊接鋁合金時能獲得良好的接頭，但仍然存在熔透能力差、焊接變形大、生產效率低等缺點。用這些傳統的、應用于黑色金屬的焊接方法焊接鋁合金，并不能達到工業上高效、無缺陷、性能佳的要求，于是人們開始尋求新的焊接方法，20世紀中后期激光技術逐漸開始應用于工業。歐洲空中客車公司生產的A340飛機機身，就采用激光焊接技術取代原有的鉚接工藝，使機身的重量減輕18 %左右，制造成本降低了近25 %。德國奧迪公司A2和A8全鋁結構轎車也獲益于鋁合金激光焊接技術的開發和應用。這些成功的事例大大促使對激光焊接鋁合金的研究，激光技術已經成為了未來鋁合金焊接技術的主要發展方向，因為激光焊接具有其獨特的優點：

(1)能量密度高，熱輸入量小，焊接變形小，能得到窄的熔化區和熱影響區以及熔深大的焊縫。

(2)冷卻速度快，焊縫組織微細，故焊接接頭性能良好。

(3)焊接能量可精確控制，可靠性高，針對不同的要求有較高的適應性。(4)可進行微型焊接或實現遠距離傳輸，不需要真空裝置，利于大批量自動化生產。

二、激光焊接鋁合金的難點及解決措施 1.鋁合金表面的高反射性和高導熱性

這一特點可以用鋁合金的微觀結構來解釋。由于鋁合金中存在密度很大的自由電子，自由電子受到激光（強烈的電磁波）強迫震動而產生次級電磁波，造成強烈的反射波和較弱的透射波，因而鋁合金表面對激光具有較高的反射率和很小

吸收率。同時，自由電子的布朗運動受激而變得更為劇烈，所以鋁合金也具有很高的導熱性。

針對鋁合金對激光的高反射性，國內外學者都作了大量研究，試驗結果表明，進行適當的表面預處理如噴砂處理、砂紙打磨、表面化學浸蝕、表面鍍、石墨涂層、空氣爐中氧化等均可以降低光束反射，有效地增大鋁合金對光束能量的吸收。另外，從焊接結構設計方面考慮，在鋁合金表面人工制孔或采用光收集器形式接頭，開V形坡口或采用拼焊(拼接間隙相當于人工制孔)方法，都可以增加鋁合金對激光的吸收，獲得較大的熔深。另外，還可以利用合理設計焊接縫隙來增加鋁合金表面對激光能量的吸收(如圖1)。從圖上可以直觀的反應出，將焊縫和激光束的位置關系由圖1(a)改為圖1(b)或圖1(c)，使激光束與縫壁有一定角度后，激光束能夠在縫隙內多次反射，形成一個人工小孔，增加了焊件對激光能量的吸收。

圖1 改變焊縫幾何形狀

2.小孔的誘導和維持

小孔的誘導和維持是鋁合金激光焊接中的特有困難，這是由鋁合金材料特性和激光光學特性造成的。激光焊接的過程中，小孔可看成是鋁合金的黑體，能大大提高材料對激光的吸收率，為母材獲得更多的能量耦合，這有利于提高焊接接頭的質量。但由于鋁合金的高反射性和高導熱性，要誘導小孔的形成就需要激光有更高的能量密度。而鋁元素以及鋁合金中的Mg、Zn、Li沸點低、易蒸發且蒸汽壓大，雖然這有助于小孔的形成，但等離子體的冷卻作用（等離子體對能量的屏蔽和吸收，減少了激光對母材的能量輸入）使得等離子體本身“過熱”，卻阻礙了小孔維持連續存在。

由于能量密度閾值的高低本質上受其合金成分的控制，因此可以通過控制工藝參數，選擇確定激光功率保證合適的熱輸入量，有助于獲得穩定的焊接過程。另外，能量密度閾值一定程度上還受到保護氣體種類的影響。研究表明，激光焊接鋁合金時使用N2氣時可較容易地誘導出小孔,而使用He氣則不能誘導出小孔。這是因為N2和Al之間可發生放熱反應，生成的Al-N-O 三元化合物提高了對激光吸收率。

三、激光焊接鋁合金容易產生的缺陷及消除方法 1.氣孔

鋁合金激光焊接的主要缺陷之一是氣孔，焊縫氣孔的形成機理比較復雜，一般認為存在兩類氣孔:氫氣孔和由于小孔的破滅而產生的氣孔。氫氣孔是由于氫（主要來自表層的濕氣與微量水）在熔池金屬中的可溶性引起的，激光焊接冷卻速度極快，導致氫的溶解度急劇下降形成氫氣孔。由于小孔塌陷而形成的孔洞，主要是由于小孔表面張力大于蒸氣壓力，不能維持穩定而塌陷，液態金屬來不及填充就造成孔洞。另外，低熔點、高蒸氣壓合金元素蒸發導致氣孔，表面氧化膜在焊接過程中溶解到熔池中也會形成氣孔。

從氫氣孔的形成原理可知，表層物質是氫元素的主要來源，因此選擇正確的焊前表面預處理可以有效地減少氫氣孔的產生。對于由小孔塌陷引發的氣孔，則要求選擇適當的保護氣體并合理控制流量流速，在條件允許下采用高功率、高速度、大離焦量(負值)的焊接方式，可以進一步消除氣孔的產生。

2.熱裂紋

鋁合金的焊接裂紋都是熱裂紋，與冷卻時間（或焊接速度）密切有關，主要有結晶裂紋和液化裂紋。鋁合金激光焊接產生的結晶裂紋是由于焊縫金屬結晶時在晶界處形成低熔點共晶化合物導致的，焊縫金屬氧化生成的Al2O3和AlN也會成為微裂紋的擴展源。液化裂紋是熔化的鋁合金在凝固過程中局部塑性變形量超過其本身所能承受的變形量的結果。

目前常用的消除熱裂紋的方法是使用填充材料，即填絲，這能有效地防止焊接熱裂紋，提高接頭強度。此外，調整激光能量的輸入方式，合理選擇脈沖點焊時的脈沖波形，焊縫熔化凝固重復進行，以降低熔池凝固時的凝固速度，這種在凝固過程中增加熱循環的控制方法同樣可以減少結晶裂紋。

3.Mg、Zn等元素的燒損

使用激光焊接鋁合金時，焊縫的加熱和凝固速度都非常快，這使得Mg，Zn 等低熔點強化元素發生燒損，導致焊縫硬度和強度下降。Mg 的沸點為1 380 K，比Al 的2 727 K低，Mg首先蒸發燒損。燒損現象使得焊縫成型時的晶粒大小嚴重不均勻，從金屬學角度講，大晶粒的存在破壞合金元素的強化作用，導致焊縫的強度明顯比母材低。

防止合金元素的燒損主要從控制合金成分入手，在保證鋁合金質量和接頭要求的前提下，降低Mg的含量，添加Mn、Si等元素。

四、鋁合金激光焊接的工藝參數

鋁激光焊接的工藝參數主要有: 功率密度、焊接速度、焦點位置、保護氣體種類及流量等，它們直接決定著焊縫成形。

1.功率密度

激光的功率密度是決定焊縫熔深的最主要因素。當其他工藝參數保持不變時，隨著功率密度的增大，焊縫深寬比增大。因為功率密度增大時，蒸汽壓力能克服熔化成液態金屬的表面張力和靜壓力而形成小孔，小孔有助于吸收光束能量——“小孔效應”。但是如果功率密度過大，使金屬強烈汽化，嚴重燒損合金，焊縫成型組織的晶粒過大，焊縫的硬度和強度均下降。并且，大量的光致等離子體的冷卻和屏蔽作用，使得熔深反而下降。

2.焊接速度

在其他工藝參數不變的情況下，熔深隨焊速的增加而減小，焊接效率隨焊速的增加而提高。但是速度過快，到達焊縫處的線能量密度較低，會使熔深達不到焊接要求；速度過慢，則線能量密度過高，母材過度熔化和燒損，降低接頭性能，甚至引發熱裂紋。因此，對一特定厚度的鋁合金工件，選擇確定激光功率密度之后，存在著既能維持合適的焊縫深寬比又不會使工件過熱的最佳焊速，這可以從以往的生產實踐中總結經驗或者查閱相關文獻獲得。

3.焦點位置

研究表明，鋁合金激光焊接的焦點位置與熔深的關系如圖2所示。我們可以看出，熔深隨焦點位置的變化有一個跳躍性變化過程：當焦點處于偏離工件表面較大(2 mm)時，工件表面光斑尺寸較大，因此光束能量密度較低，屬于以熱傳

導為主的熔化焊，熔深較淺； 而當焦點靠近工件表面某一位置(2 mm)時，工件表面入射光束能量密度值增大到臨界值，產生小孔效應，因此熔深發生跳躍性增加。經試驗得到，當焦點位置在工件表面上方1 mm 處時焊縫熔深最大。

圖2 焦點位置對焊縫熔深的影響

4.保護氣

和電子束焊接相比，激光焊接不需要真空環境，但焊接鋁合金需采用保護氣體，其目的是抑制光致等離子體，并排除空氣使焊縫免受污染。光致等離子體的形成不僅來自被離子化的金屬母材蒸汽，而且和保護氣體本身性質也有很大的關系。通過增加電子與離子和中性原子三體碰撞來增加電子的復合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，碰撞頻率越高，復合速率越高；另一方面，保護氣體本身的電離能應該高，不致因氣體本身的電離而增加電子密度。鋁合金激光焊接傳統上采用的保護氣體主要有三種：Ar、N2、He。理論上He最輕且電離能最高，但是在較低功率、較高焊速下，由于等離子體很弱，不同保護氣體差別很小。研究表明，在相同條件下，使用N2容易誘導小孔，主要是N2和Al 之間可發生放熱反應，生成的Al－N－O 三元化合物對激光的吸收率要高一些，純N2 會在焊縫中產生AlN 脆性相，同時易形成氣孔。而采用惰性氣體保護時，由于質輕而逸出，氣孔形成機率小，因此采用混合氣體保護效果較好。現在也有采用Ar－O2，N2－O2等氣體進行鋁合金激光焊接的研究越來越多。

五、先進的鋁合金激光焊接技術 1.鋁合金的激光-電弧復合焊

現在激光焊接鋁合金還處于發展階段，設備成本高、接頭間隙允許度小、工件準備工序要求嚴等制約了純激光焊接鋁合金的應用。目前，激光-電弧復合焊在德國和日本等發達國家研究比較多，激光-電弧復合主要是激光與TIG電弧、MIG電弧及等離子體復合，分別如圖3、4所示。這種工藝在汽車制造業中已有一定的應用，如德國大眾汽車公司的Phaeton前門上就有48處激光-M IG焊道，而且還可以用來焊接車體及輪軸。鋁合金激光-電弧復合焊很好地解決了激光焊接的功率、鋁合金表面對激光束的吸收率以及深熔焊的閾值等問題。這是因為焊接鋁合金時，激光與電弧的相互影響，可以克服單用激光或電弧焊方法自身的不足，產生良好的復合效應——兩種熱源同時作用在一個相同區域的疊加效應——高的能量密度導致了高的焊接速度，顯著提高焊接效率。

圖3 激光-TIG復合焊接鋁合金原理圖

圖4 激光-MIG復合焊接鋁合金原理圖

2.鋁合金的雙光束激光焊接

單束激光焊接鋁合金時，由于小孔的塌陷而容易產生氣孔。李俐群[10]等學者研究表明，采用如圖5所示的雙光束焊接鋁合金，焊縫成形美觀、無飛濺或凹坑等缺陷，對焊接參數適應性更好；等離子體穩定性提高；氣孔大大減少。這是因為采用雙光束激光焊接時，第一束激光產生熔池，并對焊接區域附近進行預熱積累熱量。當第二束激光照射該處時，更多的母材能夠熔化，從而使得形成焊縫更寬。同時，第二束激光能把第一束激光形成的小孔后壁氣化，防止其塌陷，大大減小了形成氣孔的幾率。雙光束激光焊接鋁合金的技術已經在德國軍用飛機EADS進氣管的焊接上得到了應用。

圖5 雙光束激光焊接鋁合金的原理圖

3.鋁合金激光填絲焊技術

在新興的鋁合金焊接技術中，攪拌摩擦焊需要針對被焊母材的形狀和接口要求設計專用夾具，鋁合金激光填絲技術則解決了對工件裝夾、拼裝要求嚴的問題，而且用較小功率激光器就能實現厚板窄焊道的多層焊。另外通過調節焊絲成分，改善焊縫區組織性能，對裂紋等缺陷更易控制，顯著提高鋁合金焊接穩定性與適應性。鋁合金激光填絲焊示意圖如圖6所示。

圖6 鋁合金激光填絲焊示意圖

六、鋁合金激光焊接的前景展望

前面已經提到，日本和德國等發達國家已經開始將激光焊接鋁合金應用于汽車制造業。由于鋁合金具有高比強度、耐銹蝕、熱穩定性好、易成形、再生性好和簡化結構等一系列優點，在汽車業中倍受青睞。大量的對比研究和反復實踐證明，選用鋁合金材料是實現汽車輕量化的有效途徑。減輕汽車重量以降低能耗、減少污染、提高燃油效率，這是解決汽車節能和環保問題的最有效的措施。而激光焊接技術效率高、熱影響區小、能獲得良好的接頭質量。在鋁合金頗受汽車業青睞的大環境下，激光焊接鋁合金將會成為越來越成熟的工藝，并被推廣至船舶制造行業和航空航天產業。其實，上文也已經提到過，歐洲的空中客車已經在使用激光焊接鋁合金的技術部分取代傳統的鉚接技術。這種自動化程度極高、質量穩定的焊接方式甚至能夠滿足載人航天和可重復使用航天器對焊接結構的可靠性提出了更高的要求。我們可以預見，鋁合金激光焊接技術在近幾年將成為航天焊接研究領域工作者熱點之一。

第四篇：激光的發展及應用

激光的發展及應用

13材料C1 安海山 20134865620 前言：激光作為新能源代表，在許多領域都有更廣泛應用，激光器的發明是20世紀中能與原子能、半導體、計算機相提并論的重大科技成就。自誕生到現在得到了迅速發展，激光光源的出現是人工制造光源歷史上的又一次革命。我國激光技術在起步階段就發展迅速，無論是數量還是質量都和當時國際水平接近。一項創新性技術能夠如此迅速地趕上世界先進行列，這在我國近代科技發展史上并不多見。能夠將物理設想、技術方案順利地轉化成實際激光器件，主要得力于長春光機所多年來在技術光學、精密機械方面的綜合能力和堅實基礎。一項新技術的開發，沒有足夠技術支撐很難形成氣候。

摘要：激光是２０世紀６０年代出現的最重大科學技術成就之一，它的 出現深化了人們對光的認識，擴大了光為人類服務的天地。激光是基于受激發射放大原理而產生的一種相干輻射。能夠發射出激光的實際裝置，稱之為激光器，普通光由原子群中的原子無秩序地、個體自發發光產生，而激光的產生，則是控制了原子群，使之集體化地，有組織有紀律地發光，就是說，激光是由原子群的集體化受激發光產生的。

關鍵詞：激光、激光產業、發展趨勢 1.激光的應用現狀

1.1激光在自然科學研究上的應用

1.1.1非線性光學反應

在熟悉的反射、折射、吸收等光現象中，反射光、折射光的強度與入射光的強度成正比，這類現象稱為線性光學現象。如果強度除了與入射光強度成正比外，還與入射光強調成二次方、三次方乃至更高的方次，這就屬非線性光學效應。這些效應只有在入射光足夠大時才表現出來。高功率激光器問世后，人們在激光與物質相互作用過程中觀察到非線性光學現象，如頻率變換，拉曼頻移，自聚焦，布布里淵散射等。

1.1.2用激光固定原子

氣態原子、分子處于永不停息運動中（速度接近340 m/s），且不斷與其它原子，分子碰撞，要“捕獲”操作它們十分不易。1997年華裔科學家、美國斯坦福大學朱棣文等人，首次采用激光束將原子數冷卻到極低溫度，使其速度比通常做熱運動時降低，達到“捕獲”操作的目的。具體做法是，用六路倆倆成對的正交激光束，用三個相互垂直的方向射向同一點，光束始終將原子推向這點，于是約106個原子形成的小區，溫度在240μκ以下。這樣使原子的速度減至10 m/s兩級。后來又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在約1s內從控制區墜落后被捕獲。此項技術在光譜學、原子鐘、研究量子效應方面有著廣闊的應用前景。

1.2激光測距、激光雷達

利用激光的高亮度和極好的方向性，做成激光測距儀，激光雷達和激光準直儀。激光測距的原理與聲波測距原理類似。激光雷達與激光測距的工作原理相似，只是激光雷達對準的是運動目標或相對運動目標。利用激光雷達又發展了遠距離導彈跟蹤和激光制導技術，這些在1991年海灣戰爭中都已投入使用。激光制導導彈，頭部有四個排成十字形的激光接收器（四象限探測儀）。四個接收器收到的激光一樣多，就按原來方向飛行；有一個接收器接受的激光少了，它就自動調整方向。另一類激光制導是用激光束照射打擊目標，經目標反射的激光被導彈上的接收器收到，引導導彈擊中目標。激光準直儀起到導向作用，例如在礦井坑道的開挖過程中為挖掘機導向。激光 準直儀還被用在安裝發動機主軸系統等對方向性要求很高的工作中。

1.3激光在工業應用

激光加工代表精密加工裝備未來的發展方向，體現著一個國家的生產加工能力、裝備水平和競爭能力。目前，激光加工技術在各種僅金屬與非金屬材料加工中的應用非常廣泛。工業激光器目前主要包括CO2激光器、固體激光器、半導體激光器等。這幾種激光器各具優點，如CO2激光器的成本最低，固體激光器的光束質量好，半導體激光器的出光效率高。光纖激光器是未來新一代激光技術的發展方向，它具有常規固體激光器所不具備的許多優點。然而激光器服務的機床企業非常謹慎，終端用戶對激光器本身的印象遠不及對系統那么深刻。在現代重工業中，如材料切割、焊接、快速成型等過程中，激光技術體現出了優越性。激光可以通過軟件來控制軌跡。激光加工屬于非接觸加工，因此穩定性和壽命都比較好。在當今半導體行業，光科技術已成為半導體工業的“領頭羊”。激光器在線加工已成為不可或缺的一部分。例如激光調阻機可達到產能70萬只/小時，芯片光刻已實現65nm的制程。

1.4激光在醫學應用

激光在醫療領域有著非常廣泛的應用。激光與生物體的作用產生多種效應，如熱效應、壓力效應、光化效應、電磁效應。有時，這幾種效應在作用是同時存在。激光類醫療器材產品被定義為：為了手術、治療或醫療診斷目的而進行人體照射的那些種類的醫療器材產品。激光醫療設備可分為激光治療器、激光診斷儀器和激光檢測設備。激光美容、激光切除腫瘤、激光眼科手術、激光心肌血管再造等等都得到了迅速發展。在世界激光醫療市場，中國已成為僅次于美國和日本的世界第3大激光醫療市場。弱激光對生物組織有刺激、陣痛、消炎、擴張血管等作用，用弱激光照射病灶，有治療效果。利用弱激光照射穴位。可以產生類似針灸的效果。低強度的He-Ne激光血管內照射可以治療腦梗塞、頸椎病、冠心病等缺血性疾病]。研究表明，紫光激光器對軟組織治療有著很好的療效，打破了CO2激光器最適合治療這類疾病的常規認識。

1.5激光通信

激光通信主要是利用激光的單色性和方向性好的特點。根據傳輸媒質的不同，激光通信可分為宇宙通信、大氣通信、水下通信以及光纖通信。目前在軍事領域使用較為廣泛的是大氣通信。大氣激光通信保密性能好，難以截獲和干擾。諾·格公司已完成衛星激光通信系統兼容性實驗，2007年進行下一階段試驗，該系統能夠為多種用戶提供更強的通信能力。民用光纖通信的容量很大，且成本低。目前光纖通信蓬勃發展，已成為重要的民用領域之一。

1.6激光與能源

激光具有高亮度的特點，在能源利用上也有其自身獨特的優勢。目前，激光與核能的應用緊密相關：一是激光分離同位素，用于核燃料的提純工作；二是激光核聚變。能源現已成為社會發展中的中的重要問題之一。最理想的能源應是既潔凈又取之不竭的核能，這當然是聚變能的利用。據估計，地球海洋中的聚變資源可夠人類用1千億年，可以說是取之不盡，用之不竭，同時又不會污染環境的能源。可見，可控聚變核反應是一個非常理想的核能來源，已引起各國科學家的高度重視，但尚未能夠做成實用的能源來發電。目前，強激光功率已達到聚變的點火條件。俄羅斯實驗物理科研所已成功研制出用于熱核反應的新型大功率激光器。該激光器的功率達到了1015W/cm2，能量達300 000 J，可代替實驗室條件下的核試驗。用于激光傳輸不需要介質，因而可作為遠距離作用能源。據報道，日本一個研究小組以實驗成功用激光驅動機器人。機器人電源一般使用電池，然而在核電站和化學污染嚴重的場所，對正在作業的機器人更換電池有一定的困難，而用激光驅動十分便利。此外在宇宙空間用激光驅動機器人也比使用電池優越。目前，日本正在進行激光推進技術、跟蹤和控制小型車輛的實驗研究，進展良好。此外，激光還有許多用途，在軍事、科研、文化、國防、公安偵破等領域均有廣泛用途。

2.激光的發展趨勢

激光器自問世30余年以來，以日新月異的面貌改變著自身的功能，令人瞠目結舌，也令世人刮目相看，接下來再看看激光未來發展走向以及激光產業發展。

2.1激光器發展趨勢 2.1.1功率越來越高

美國、法國、德國和日本最近已經完成或正在建造拍瓦新裝置（1拍瓦=1015W）。這些高功率激光器都有2種運轉方式：可以斷續發射幾百焦耳的長脈沖（每個約400fs），（1 fs =1015s），或發射不連續的短脈沖（每個約20fs），每個脈沖為幾十焦耳。超短超強飛秒激光器可用于激光核聚變實驗和高能量密度物理研究，在商用上也有巨大的潛力。飛秒激光器用于光纖通信可擴展通信寬帶，到2010年通信系統的傳輸速率達到5～10Tbps。

2.1.2小型化、集成化激光器

目前，全球固體激光器市場一派興旺，半導體激光器迅速增長，二極管泵浦的固體激光器成為新的增長點。據研究表明，激光二極管采用脈沖方式供電可以在相當程度上提高其峰值功率，這將有效推進激光二極管在材料處理中的使用。

2.1.3陣列激光器

光通信的迅猛發展極大推動了陣列激光器的出現和進一步發展。據研究表明，陣列激光器非常適合全光互連，采用光子晶體耦合激光器顯著提高了出光效率。

2.1.4新波段激光器

近年來，中遠紅外激光器、極紫外激光器等也得到了發展，現已有近千種工作介質，可產生的激光波長包括從真空紫外到遠紅外，光譜范圍越來越寬。3.1.5高效率 激光器的出光效率越來越高。新型YAG激光器的斜度效率在泵浦功率>20W時約為81%。

2.2全球激光產業發展趨勢

世界激光器市場可劃分為3大區域：美國（包括北美）、歐洲、日本以及太平洋地區。由于半導體激光器的迅速發展，使二極管泵浦固體激光工業加工設備所占的市場份額越來越大。2002年全球工業激光系統產值約為29.9億美元，2003年約為31.116億美元，2004年約為32.11億美元。2006年用于材料加工的激光器的銷售額達到了17億美元。在世界激光市場上，日本在光電子技術方面處于領先地位，約占50%的份額。追蹤世界激光產業發展，可看出其中包含的幾點趨勢：①在激光源方面，半導體激光器和半導體泵浦固體激光器將成為未來的主導；②激光技術對產品投入產出比和技術基礎的優化作用更加明顯，融合在產品與服務中的技術含量越來越高；③激光技術與眾多新興學科技術相結合，更加貼近人們的日常生活；④激光產業界并購盛行，各公司力爭成為產業巨頭。

2.3我國激光產業現狀及存在主要問題

我國激光產業具有很好的發展前景和潛力。近年來，中國激光市場呈現出穩定、高速增長的態勢。1999年和2005年，中國激光產品市場銷售額分別為14.13億和47.75億人民幣 ]。在行業迅猛發展的同時，我們也該認識到我國激光產業起步晚、基礎薄 弱，與世界領先國家的差距還很大。例如，與先進國家的激光加工系統相比，我國的激光加工系統差距甚大，僅占全球銷售額的2%左右。主要體現在：高檔激光加工系統很少，甚至沒有；主力激光不過關；激光微細加工裝備缺口較大。目前，存在的主要問題有：（1）核心技術少很多關鍵性基礎性技術沒有解決好，甚至某些技術還有退步。目前，國內激光產業的核心技術大多來自于進口，產品競爭力不足。（2）產研結合欠佳 我國的激光學術研究方面仍處于世界領先地位，但產業卻非常落后，其中知識產權和專利成果保護不力，很多先進的激光技術沒有轉換成產業應用。另外，學術的開放性不夠，由于擔心技術流失，導致創新效率低下。（3）創新能力不足，配套能力較差 系統的配套能力不高，創新能力不足，大多是傳統結構類型。現有的產業大多是光機電算綜合的產業，而國產激光器和其他行業的結合很不好，智能化、自動化程度太低，增加了用戶使用的困難。（4）從技術管理上看，缺少良好的評價系統 缺少國家標準，評價體系“當量”折算不當，華而不實。現有的評價體系是一種自我循環，導致激光產品的質量監督不夠，這些都不利于激光產業的發展。

3.結束語

激光在當今世界應用領域越來越廣泛，通過對當今不同激光產業現狀的了解，對激光以及激光產業發展趨勢的把握，有助于我國在激光這一新技術方面處于前列。更好的為經濟服務，是我國經濟有更大的發展空間。

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第五篇：珠寶首飾貿易的激光焊接技術

很多珠寶商認為，這是不可能修復或調整，如不銹鋼或鈦金屬制成的珠寶首飾。嗯，這是很難找人修理他們，但用大橋焊絲激光焊接機的工作很容易。

珠寶商在調整環有軟寶石，如珊瑚，珍珠，蛋白石和許多其他的問題，是熱，他們將被立即銷毀從一個珠寶商的火炬。鉆石，紅寶石，藍寶石，可以有一個珠寶商的火炬其實摸他們，他們不會打破。當然這總是盡量避免使用。但許多其他的石頭，甚至是祖母綠，必須從環中刪除，從火炬的熱量可以用于焊接兩部分。

這提出了進一步的問題時，石頭已經擋板集。擋板的設置涉及被迫在石頭推擦超過金屬。這是一個單向的行動，你不能獎的金屬背面，取出結石，購買后焊接已完成，取代石頭和金屬擋板再次推。這種金屬現在毀了。

那么，如果你能留在原地的石頭和切割環，然后取出一塊更小的尺寸，然后焊接到一起再次使環？好吧，那只是完美，你幾乎可以做激光技術。

用激光焊接機，目前售價在$30,000和$50,000之間，你可以留在原地的石頭，并調整大小，然后焊接或兩件融合在一起。成功，這是可以做的原因是因為激光只點點的熱量。可以握在你的手環和激光焊接在一起。

激光器可用于各類金屬不銹鋼，鈦，鉑，銀，金。激光焊接實際上是一個融合的兩個金屬部分，所以沒有焊接或凌亂通量。焊接是最好的焊點強三倍。

小塊可高達0.2毫米的小焊接在一起，這就是小。最白金鍍銠給它白色的外觀，光澤，但是當它被修復，它有鍍銠再次與激光技術，但不作為的焊縫是一個非常本地化的。

對于我來說焊料2環一起并排雙帶將大約需要20分鐘時間做焊接，我做了一些準備工作。然后我需要在一種酸浴離開它，然后去酸浴和各種其他程序，把它清理干凈，所以采取了很多時間。激光焊接兩件一起可能需要三，四分鐘，有沒有后續治療。

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