激光焊接技術(shù)及其應(yīng)用

        摘 要：近年來，激光焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車、輪船等制造業(yè)，以及電子工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，該焊接技術(shù)的原理主要是利用了激光束聚焦后能獲得高能量的特點(diǎn)，進(jìn)而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金屬受到激光束產(chǎn)生的熱能而融化，即可進(jìn)行焊接工作。激光焊接技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢給很多領(lǐng)域的工作帶來了極大的方便，不僅促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展，而且?guī)恿斯I(yè)、農(nóng)業(yè)等很多行業(yè)的進(jìn)步。本文首先介紹了激光焊接技術(shù)的工作機(jī)理和特點(diǎn)，其次分析了激光焊接技術(shù)的應(yīng)用。
        關(guān)鍵詞：激光;焊接;技術(shù);應(yīng)用
        隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，我國焊接技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，尤其是激光焊接技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢受到了各行各業(yè)的認(rèn)可和廣泛的應(yīng)用，為我國制造業(yè)、電子行業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都做出了極大的貢獻(xiàn)，因此，深入的研究激光焊接技術(shù)及其應(yīng)用不僅能夠促進(jìn)焊接行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，而且對于發(fā)展我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)等其他行業(yè)也具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。
        1 ;激光焊接技術(shù)
        1.1 激光焊接技術(shù)的工作機(jī)理
        20世紀(jì)60年代以來，伴隨CO2、YAG等激光器的誕生，研究人員們也迅速將其利用到了焊接技術(shù)中，進(jìn)而開發(fā)了激光焊接技術(shù)，它的開發(fā)和應(yīng)用為焊接行業(yè)帶來了新的希望，并且很快被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域中。激光焊接技術(shù)的工作機(jī)理由于激光器的不同也各有差異，因而，根據(jù)激光器提供的功率密度的大小可以將激光焊接技術(shù)分為兩類，一是激光傳熱熔化焊，二是激光深熔焊，他們的工作機(jī)理也各不相同。激光傳熱熔化焊所使用的激光器功率密度為105～106w/cm2，其工作機(jī)理是被焊工件表面吸收激光束熱量，然后利用熱傳導(dǎo)效應(yīng)在工件表面形成一定體積的熔池，使被焊部位熔化，然后進(jìn)行焊接工作。激光深熔焊所使用的激光器功率密度為106～108w/cm2，其工作機(jī)理為利用激光器功率密度高的特點(diǎn)，使材料達(dá)到瞬間汽化進(jìn)而在表面形成圓孔空腔，然后再通過控制激光束與工件間的相對運(yùn)用使空腔附近的金屬熔化，進(jìn)而完成焊接工作。
        1.2 激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)
        近年來，經(jīng)過研究人員不斷的探索和創(chuàng)新，激光焊接技術(shù)終于被成功開發(fā)和應(yīng)用，并且，在某些領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)已經(jīng)完全被激光焊接技術(shù)所取代。激光焊接技術(shù)之所以可以被廣泛的應(yīng)用，一定是有其獨(dú)有的優(yōu)勢。下面我們就介紹激光焊接技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)。第一，熱影響區(qū)域非常小。由于激光焊接技術(shù)是將激光束直接打到被焊接的部位，而激光束又具有方向性強(qiáng)和熱源集中的特點(diǎn)，因而激光束只作用于被焊接的部位，不會影響其他區(qū)域。正是因?yàn)檫@個優(yōu)點(diǎn)，激光焊接技術(shù)可以被應(yīng)用于焊接非常精密的零部件，大大降低了焊件收縮、變形情況的出現(xiàn)。第二，激光束聚集可以產(chǎn)生很高的熱量，因而，利用激光焊接技術(shù)所焊接的焊縫強(qiáng)度都很高，保證了焊件的質(zhì)量，并且焊接工作效率也很高，此外，由于激光束方向性好，不會對非焊接區(qū)域造成干擾，因而通常焊縫表面的質(zhì)量都很好。第三，利用激光焊接可以對非常隱蔽、難以到達(dá)的部位進(jìn)行焊接。這是因?yàn)榧す夂附蛹夹g(shù)非常靈活，只需要通過控制激光束的方向就能改變焊接位置。第四，傳統(tǒng)的焊接技術(shù)對于金屬間的焊接還是能夠達(dá)到的，但是對于異種合金焊接就相對困難了。然而，利用激光焊接技術(shù)甚至可以完成金屬與非金屬之間的焊接，可以說是焊接技術(shù)新的突破。
        當(dāng)然，一切事物都有兩面性，激光焊接技術(shù)雖然有很多突出的優(yōu)勢，但是依舊存在一些不足之處，比如：第一，如果被焊工件要應(yīng)用激光焊接技術(shù)進(jìn)行焊接，那么就要求其在焊接前進(jìn)行高標(biāo)準(zhǔn)的處理，通常要處理焊件的加工精度、裝配等，因?yàn)槿绻缓腹ぜ_(dá)不到高標(biāo)準(zhǔn)的要求，那么利用激光焊接技術(shù)在焊接過程中很容易造成缺陷;第二，激光焊接技術(shù)相對于普通焊接技術(shù)有很多優(yōu)勢，因而受到各行各業(yè)的青睞，然而，如果想要應(yīng)用激光焊接技術(shù)，所要購買的激光焊接設(shè)備價格相對比較高，對于一些企業(yè)而言就需要花費(fèi)高額的投資成本，這也是有些企業(yè)放棄應(yīng)用激光焊接技術(shù)的原因之一。
        2 ;激光焊接技術(shù)的應(yīng)用
        2.1 制造業(yè)領(lǐng)域
        早在20世紀(jì)80年代，千瓦級激光器的誕生促使激光焊接技術(shù)被成功應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，而在之后的發(fā)展中，激光焊接技術(shù)被應(yīng)用最多的就是汽車制造業(yè)中。尤其是當(dāng)今汽車市場非?；鸨囍圃鞓I(yè)迅速發(fā)展，激光焊接技術(shù)為汽車制造提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。就拿發(fā)達(dá)國家美國和日本來說，兩個國家在汽車制造業(yè)上都屬于世界領(lǐng)先水平，90年代初，美國非常有名的通用、福特和克萊斯特汽車制造公司引入了激光焊技術(shù)，雖然相對而言激光焊接技術(shù)的引入有些晚，但是，這并沒有阻礙激光焊接技術(shù)快速發(fā)展的腳步，美國相關(guān)研究人員對激光焊接技術(shù)做出了更大的提升，使得其在汽車制造業(yè)上發(fā)揮了更大的作用。眾所周知，日本的本田、豐田都是非常出色、實(shí)力很強(qiáng)的汽車制造企業(yè)，它們所生產(chǎn)的汽車覆蓋件都利用了激光焊接技術(shù)，尤其是高強(qiáng)鋼激光焊接裝配件具有非常優(yōu)良的性能，如今被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)中，促進(jìn)了汽車制造業(yè)的快速發(fā)展。
        2.2 粉末冶金焊接
        隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，在很多制造業(yè)中，傳統(tǒng)的材料已經(jīng)無法滿足產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，因而，在很多制造業(yè)中都對材料提出了更高的要求。在眾多新型材料中，粉末冶金材料成為了汽車、飛機(jī)等制造業(yè)所青睞的冶鑄材料，而要想很好的利用粉末冶金材料，就必須解決它與其他零件的連接問題。傳統(tǒng)的焊接技術(shù)顯然無法滿足焊接需求，而激光焊接技術(shù)的誕生有效解決了這一問題，不僅使粉末冶金材料可以與很多種合金進(jìn)行焊接，而且其焊接強(qiáng)度也非常高。
        2.3 電子工業(yè)領(lǐng)域
        正如我們上述提到的激光焊接技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一是其焊接熱影響區(qū)域小，而在電子工業(yè)中，所要焊接的通常都是比較微小的電子元件，因而，激光焊接技術(shù)就可以在電子工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮其優(yōu)勢。此外，激光焊接技術(shù)在真空器件研制中也得到了應(yīng)用，在過去，由于傳感器、溫控器中的彈性薄壁波紋片厚度非常小，大約在0.05—0.1mm之間，傳統(tǒng)電弧焊焊接技術(shù)穿透力極強(qiáng)，稍微不小心就可能會穿透波紋片，并且還會影響到其他區(qū)域，穩(wěn)定性較差，這給焊接工作帶來了極大的困難，而應(yīng)用激光焊接技術(shù)由于其穩(wěn)定性強(qiáng)，激光束容易控制，且熱影響范圍很小，就可以很容易完成波紋片焊接工作。
        2.4 生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域
        20世紀(jì)70年代，國外研究學(xué)者就將激光焊接技術(shù)應(yīng)用到了焊接輸卵管和血管上，并且順利完成了焊接工作，這使得更多的研究人員看到了激光焊接技術(shù)的優(yōu)越性。我國生物醫(yī)學(xué)研究人員將激光焊接技術(shù)應(yīng)用于大白鼠膽總管焊接上，經(jīng)過實(shí)踐證明激光焊接具有吻合速度快的特點(diǎn)，并且在愈合過程中沒有異物反映，而被修復(fù)的組織依舊可以按照原生物力學(xué)性狀生長，這為未來的生物醫(yī)學(xué)發(fā)展又提供了寶貴的參考價值。
        3 ;結(jié)語
        總而言之，近年來，激光焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于汽車、輪船等制造業(yè)，以及電子工業(yè)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中，該焊接技術(shù)的原理主要是利用了激光束聚焦后能獲得高能量的特點(diǎn)，進(jìn)而在所需焊接的部位打激光束，焊接部位的金屬受到激光束產(chǎn)生的熱能而融化，即可進(jìn)行焊接工作。激光焊接技術(shù)與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比具有突出的優(yōu)越性，促進(jìn)了焊接行業(yè)的快速發(fā)展，同時，也正是因?yàn)榧す夂附蛹夹g(shù)的優(yōu)勢，近年來被廣泛應(yīng)用于汽車制造業(yè)、粉末冶金焊接、電子產(chǎn)業(yè)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，為各領(lǐng)域在焊接方面做出了突出的貢獻(xiàn)，促進(jìn)了我國工業(yè)、醫(yī)學(xué)等各行各業(yè)的快速發(fā)展。激光焊接技術(shù)以其獨(dú)有的優(yōu)勢給很多領(lǐng)域的工作帶來了極大的方便，不僅促進(jìn)了焊接技術(shù)的發(fā)展，而且?guī)恿斯I(yè)、農(nóng)業(yè)等很多行業(yè)的進(jìn)步。