激光焊接发展

激光焊接发展（精选8篇）

激光焊接发展 篇1

题目：激光焊接技术的应用及发展班级：姓名：学号：

激光焊接技术的应用及发展

高伟

（沈阳工业大学 材料科学与工程学院 辽宁 沈阳）

摘 要：激光焊接作为一种新型的焊接方法，已经在越来越多的领域得到广泛的应用。本文对激光焊接技术的概况、国内外激光焊接技术的研究现状、激光焊接技术的应用、激光焊接技术的发展等方面进行了综述。希望对激光焊接技术的应用和发展有一个比较全面的了解。

关键字：激光焊接技术 应用领域 发展

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

激光焊接作为一种新型的焊接技术已被广泛的应用于IT、医疗、电子、汽车、机械和航天等行业，为优质、高效、无污染和低成本的现代加工生产开辟了广阔的前景。由于具有很高的适应性、很强的加工能力以及更加先进的质量检测手段，激光焊接在许多行业已经逐步取代了一些传统的焊接技术。

1激光焊接技术的概况

目前激光焊接是激光工艺技术应用的核心内容,同样是目前大力发展的一种焊接技术。一些国外发达国家早已将激光焊接技术应用于工业生产方面,而国内在开发激光焊接技术的时候,州门还要拟定起一个匹配于我国工业的发展规划书。随着工业制造的持续发展,高效的加工技术将会是未来工业发展的必然趋势,而激光焊接则符合这一发展趋势。通过长期实践我们总结出,激光焊接在加工业的应用面非常宽,激光焊接术较之常规焊接技术其焊接品质更高,月加工更有效率。

激光焊接的特点是被焊接工件变形极小,焊接深度/宽度比高,热影响区小,因此焊接质量比传统焊接方法高,它们在工业上的应用越来越广泛。激光焊接还具有不受磁场的影响,不局限于导电材料,不需要真空的工作条件并且焊接过程中不产生X射线等优点。随着制造部门把自动化技术应用到焊接过程,激光和计算机控制的结合能够更好更精确地控制焊接过程,从而提高产品质量。保证激光焊接的质量,也就是激光焊接过程监测与质量控制也已成为激光利用领域的重要内容,包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器,通过电子计算机处理,针对不同焊接对象和要求,实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目,通过反馈控制调节焊接工艺参数,从而实现自动化激光焊接。激光可以用于对很多材料的焊接,碳钢、低合金高强度钢、不锈钢、铝合金和钛合金等都可以用激光进行焊接。一般来说,激光焊接的速度跟激光功率成正比,也受到工件的材料类型和厚度的影响。激光焊接的应用也随着激光焊接技术的发展而日趋广泛,目前已涉及航空航天、武器制造、船舶制造、汽车制造、压力容器制造、民用及医用等多个领域。2激光焊接技术的研究现状

目前,国内一些激光设备与生产单位主要生产kW级的CO2激光设备和1 kW以下的固体YAG激光设备。对激光焊接研究主要集中在激光焊接等离子体形成机理、特性分析、检测、控制、深熔激光焊接模拟、激光-电弧复合热源的应用、激光堆焊、超级钢焊接、水下激光焊接、宽板激光拼焊、填丝激光焊、铝合金激光焊、激光切割质量控制等。

清华大学彭云等人分析了超细晶粒钢的焊接性及激光焊接的特点,进行了400 M Pa和800 M Pa 2 种超细晶粒钢的激光焊接试验,并与等离子弧焊接、MAG焊接进行了比较。无论是碳钢或经合金强化的高强度钢,还是通过特殊冶金加工的高强度钢,在快速加热和冷却的激光焊条件下,一方面接头的硬度大大高于母材,使接头易产生裂纹;另一方面激光的再热作用使HAZ出现软化区。目前,对于高强度钢激光焊接性方面的研究还不足,其应用还缺少更多的数据,需进一步深入研究。

相关资料显示,激光的高能量密度不但可以融化金属,且还能够将金属完全汽化,而金属在气化后与激光束接触,就会出现等离子体。等离子体可以吸收激光束,同时还能够将激光进行反射,这样就会导致光斑聚焦发生偏移,这在很大程度上都影响着激光的焊接质量。因此控制等离子体,尉罢在激光焊接技术的主要问题。近年来国外开发了激光摆动法,其理论为将光束沿悍接方向反复摆动,时间在匙孔出现后和等离子体出现前,这样有效的防止了等离子体的出现。而相关资料显示,等离子体的内质密度为影响激光束传输的核心要素,其可以经磁场辐射遏制等离子体对激光束的屏蔽效应。

另外,我们还进行了一些难熔金属的焊接,如钨、钥、祖等,这些金属的熔点都在2600℃以上,用传统的焊接方法成品率低且质量不能保证,用激光焊接不仅工艺简单,而且成品率均在98%以上。对熔点温度相差很大的两种不同的金属进行激光焊接,例如铜和铁、钢和金、铬和钦、铁和钥、镍和铂等,都可收到很好的效果。激光焊接作为一种特殊的焊接工艺,正逐渐被人们所认识和使用,随着我国改革开放的不断深入,激光焊接技术一定会得到瞩目的发展。

3激光焊接技术的应用

伴随工业激光器的研发以及相关学者对焊接技术的研究,目前此技术已被广泛应用。不过因成本问题,应用激光焊接的基本都是量产焊接的行业,七以口造船业以及汽车制造业等等,同时很多投资较大的特殊行业也会应尾激光焊接技术。在欧美地区,激光焊接已被汽车业以及金属加工业所广泛应用二而在中国,激光焊接术还仅仅被应用在电气等工业。现阶段很多发达国家的主要绍齐来源都要依附于汽车工业,很多发达国家平均每年的汽车出产量少则数千万计,所以,制造技术的完善及发展,始全绪日是相关学者的主要研究课题。利用激光焊接技术,能够有效的控制车体的质量,而且还在很大程度上提高了车身的强度,最主要的是降低了汽车的生产成本。

近年来激光焊接技术已应用于造船领域,一般的船用板材都需要达到一定的厚度,且焊缝较长,所以焊接后的翘曲以及变形为造船业的一大问题。相关资料显示,通过普通焊接工艺,大概有四分之一的工作量都应尾到了船板的整型中。因为激光焊接有较高的能量密度,同时光斑范围较小,热影响范围较常规的弧焊要小很多,焊后无显著的变形从而激卿旱接技术十分适用于造船业。通过激光对塑料施焊,在发达国家已是非常成熟的技术,而此技术在国内正处于发展中。常规塑料焊接基本都是以高频焊、热熔焊以及振动摩擦焊为主,上述焊接技术难以达到那些结构繁琐、加工精度高领域白舫目关要求。3.1激光焊接技术在汽车制造上的应用

工业上的激光焊接技术是目前激光工业中的第三大领域,在当今社会中已有大幅度的增长和广泛的应用。特别是在制造业的汽车产亚上,车身的部件大部分采用了激光的焊接技术,已取代我国传统的电阻电焊技术。激光焊接技术在国内外都有广泛的应用。例如日本本田汽车车门框和各种材料上的激光焊接。美国的福特汽车的中央门柱焊接技术。通过几个案例可以表明激户己焊接技术在汽车车身的制造上是非常可取的。激光技术不断随着社会改革发展而增加扩大范围,激光在工业上的用途也有了大幅度的提升。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,20世纪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。激光焊接还广泛应用到变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器、离合器、发动机排气管、增压器轮轴及底盘等汽车部件的制造,成为汽车零部件制造的标准工艺。应当看到我国一些汽车制造厂家已经在部分新车型中采用激光焊接技术,而且从激光焊接技术本身研究的角度看,我国一些科研院所在一些具有特色的领域取得了具有特色的成果。随着我国汽车工业的快速发展,激光焊接技术一定会在汽车制造领域取得丰硕的成果和广泛的应用。

在电子工业中对激光焊接技术需求也是必不可少的。主要应用在显像管的电子枪,且在这方面上获得不错成绩,在日本的东芝公司中已成功的将焊接显像电子枪装配到线上。我国有几个厂家也应用了,华中理工大学所研发出来的激光焊接电子枪设备。另外,激光的焊接在续电器、电路引线、计算机配件中获得较大成功。3.2塑料激光焊接的应用

激光焊接是一项无振动焊接技术,因此它特别适合用于鼠标、移动电话、连接器等加工精密的电子元器件,以及那些需要以更清洁的方式来熔接的复杂部件,例如含有线路板的塑料制品、医疗设备等。在汽车工业中,激光焊接塑料技术可用于制造很多汽车零部件,激光还可以将塑料薄膜焊接在一起,操作过程可以完成的非常快。

塑料激光焊接技术是一种变革性的短流程、数字化、知识化、绿色环保、先进的近净成形新技术，正在成为激光焊接领域的一个热点；它具有成本低、速度快、加工方便、原材料适用范围广、实现精密数控容易、结合性和工艺性好等许多优点$并且以其十分独特的技术和经济优势弥补了常规塑料连接方法的不足。在未来几年，中国将有可能成为全球最大的塑料产品市场要使激光焊接技术在塑料材料高品质，高附加值的加工领域获得应有的地位，这样塑料激光焊接技术所带来的巨大经济效益和社会效益是毋庸置疑的。3.3激光焊接在船舶制造上的应用

船舶制造中，钢板从储存、运输到下料切割、装配焊接等一直是增加变形的过程，特别是焊接，钢板变形影响很大。很多船厂花费大量人力物力用于焊接变形的火工校正工作。据统计，单船焊接费用占到整个船体制造费用的30%以上。现在船东、船检对船舶的质量要求提高，特别是豪华游船，船体外观要求很光顺，而船厂为达此要求花费很高。而使用激光焊接，速度快，变形小，焊缝窄，光顺美观，节省了大量后续校正工作。激光焊接不仅是制造工艺上的变化，而且也带来了船体结构上的创新和变化。例如，美国在最新建造的新型船舶上广泛使用高强度、低合金钢的T形构件，通过激光焊接技术的采用，令船舶的重量大幅降低。船用复杂结构如“三明治”板、T型和I型结构等，传统焊接方法的热输人量大，易引起工件严重变形、热影响区性能下降等问题;此外“三明治”结构是在两层薄板间加不同形式的撑板来实现整体结构的强度提升和重量减轻，弧焊方法难以完成。采用激光焊接技术这些问题都可解决.激光焊接技术可改进船舶设计的理念、减轻船舶的重量、降低船舶制造成本等。在欧洲，激光焊接已应用于护卫舰、轻型巡洋舰、大型游艇的焊接，它能够提高板的有效载荷，满足轻型设计要求，同时具有较高焊接速度。3.4其他领域

在其他行业中，激光焊接也逐渐增加，特别是在特种材料焊接方面，我国进行了许多研究，如对BT20钛合金、HE130合金、Li-ion电池等激光焊接。德国玻璃机械制造商Glamaco Coswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。

4激光焊接技术的发展

目前,在激光焊接技术研究与应用方面处于世界领先水平的国家有德国、日本、瑞士和美国等国。横流连续CO2激光加工设备的输出功率可达20kW,脉冲N d∶YAG激光器的最大平均输出功率也已达到4kW,并且实现了纳秒级的脉冲宽度。激光焊接能够实现的材料厚度最大已达80mm,最小为0.05mm,大部分材料的激光焊接质量均超过传统焊接工艺。激光焊接技术正朝着低成本、高质量的方向发展,具有很大的发展潜力和发展前景。可以预料,激光焊接工艺将逐步占据焊接领域的主要位置,并取代一些传统落后的焊接方法。5结束语

激光焊接技术是集激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术及产品设计为一体的综合技术。汽车工业的发展对焊接质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、适应性强等优点,在汽车工业中充分发挥了其先进、快速、灵活的加工特点,不仅在生产率方面高于传统焊接方法,而且焊接质量也得到了显著的提高。激光焊接技术发展到今天,其逐步取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方法的趋势已不可逆转。在未来的21世纪中,激光焊接技术在材料连接领域必将起到至关重要的作用。

随着技术和工艺方法的不断进步,激光作为非接触柔性制造工具的特性将体现得更为明显。激光制造必然成为便捷高效、绿色环保、节能降耗的先进制造技术,促进我国工业领域的技术进步和产品技术改造,满足国民经济尤其是制造业的发展需要。

参考文献

激光焊接发展 篇2

一、激光焊接技术的内涵及分类

对激光焊接技术进行研究, 首先要对其基本情况作一下简单了解。激光焊接技术是一种运用激光束的辐射能量来实现高效焊接的工艺, 其将激光束进行高度聚焦, 在此基础上形成高能量的激光脉冲, 利用该脉冲对材料进行加工, 主要适用于在材料的微小区域进行焊接。

激光焊接技术运用特定的手段将激光中的活性介质激活, 然后将该介质置于谐振腔中, 让其在里面往复振荡, 通过这种振荡将介质转化为受激辐射光束, 受辐射光束在与材料的接触过程中产生的能量被材料完全吸收, 在这种能量温度达到材料的熔点时二者粘连在一起即完成焊接。

依据激光焊接焊缝的特点来分类, 激光焊接技术最常见的有两种, 一是激光深焊接, 其是大功率激光束在照射到材料表面的过程中, 材料表面进行光能和热能的转化, 材料被气化成金属蒸汽, 蒸气在材料表面的反射作用力下, 在表面形成凹陷, 在激光的持续照射下, 凹陷愈加增深, 在激光停止照射时, 凹陷四周的金属液体流向其底部, 待完全冷却后, 材料就实现了焊接。另一种技术是热传导焊接技术, 其与深激光焊接相同之处在于激光束在照射到材料上时, 同样要进行光能和热能的转化, 不同之处在于材料表层的热量通过热传导方式继续向材料内部传送, 最终实现使焊接材料合二为一。二者的根本区别在于是否在材料表面形成孔状熔池, 若是, 则为前者, 否则是后者。[1]依据激光束在输出方式的差异性, 还可以将激光焊接分为连续激光焊接和脉冲激光焊接。连续激光焊接所使用的主要是大功率二氧化碳气体激光器, 经常应用在薄板焊接;而脉冲激光焊接常用于微小型物件的焊接, 如电子器件和仪表器件等。

随着科技的不断进步, 新型的激光器也不断涌现, 由此带来了激光焊接技术新的分类。这主要有:激光-电弧复合焊、激光-等离子弧复合焊、激光-MIG复合焊以及双光束复合焊等等, 分类依据主要是所应用的激光器的差异。

二、当前激光焊接技术的研究现状

(一) 国外对其研究现状。

在欧盟、美国等西方国家和亚洲的日本, 基于其发达的工业基础和科学的支撑, 激光技术的研发和应用在他们国家的发展规划中都占据着举足轻重的地位, 他们为激光焊接技术的发展壮大提供强大的财政支持和政策优惠。

从激光技术的应用领域变化就可以窥见激光技术在这些国家的研究发展史。激光焊接技术先后被应用在机械制造业、汽车工业、造船工业、电子工业等领域。可以说, 当前, 激光焊接技术已与传统产业充分融合, 焊接技术在这些行业的应用已成为相关产业的行业标准。

而国外对激光焊接技术的最新研究则是在大功率激光器方面。大功率激光器的使用可实现生产领域的多项突破, 所以, 美国和德国均把研发精力倾注在这个项目上。美国已经成功攻克这项研发难关并将其变为可用的商品, 利用其制造军舰, 而德国则用其制造潜艇配件。

(二) 国内对其研究现状。

目前, 激光焊接技术研究在国内走在前列的当属哈尔滨焊接研究所。其在大功率固体激光焊接方面投入的心血颇多, 这方面的研究成果成功克服了国内大型构件的焊接难题, 大大扩展了激光焊接技术在实际中的应用领域。

此外, 国内对激光焊接技术的研究主要集中在多道填丝焊、异种金属焊和激光热丝焊等工艺上。国外尤其是德国对这些工艺的研究已经取得突破, 所以对于国内的激光焊接技术发展来说, 早日在这些工艺上有所突破才能实现激光焊接的飞速发展。[2]

总体来说, 国内的激光焊接技术已经比较成熟, 可以被广泛应用于实际生产和生活中。但还有一些亟待解决的难题, 比如高强度钢的激光焊接性, 攻破这些难题需要我们更深层次的研究。

三、激光焊接技术的发展趋势

与以往传统的焊接技术相比, 激光焊接技术有着其独特之处。其可以高效迅速焊接, 在激光聚焦成激光束后, 由于其功率密度很高, 而且这种大密度能量释放速度快, 因此可使得焊接高效快速地完成。正是由于其瞬间完成焊接的这一特点, 使得激光束对焊接材料表面的其他部分影响极小, 不会造成材料的损伤和变形, 所以焊接之后也无需进行后续处理, 因此该技术常被应用于精密部件的加工制作;[3]其可实现高难度的焊接工艺。实现不同材质焊接材料之间的焊接。相比较于传统焊接工艺需要讲究焊接材料的相同材质, 激光焊接技术可以轻松实现不同材质的轻松焊接。有了激光焊接的存在, 绝缘材料可以焊在一起, 甚至非金属与金属亦可完成亲密接触。可完成传统焊接方法无法接近的焊接点。由于激光焊接主要利用激光束聚焦产生高能量, 所以可通过反射镜或其他东西实现激光束在360度范围内的随意焦, 这就为完成传统焊接方法无法接近的焊接点 (如真空管中电极的焊接) 提供了可能;此外, 还可在室温下进行, 由于被焊接的材料不易氧化, 因此激光焊接对焊接环境的要求较低, 真空环境和气体保护对于激光焊接都不再是必需, 所以, 可以在室温条件下实现焊接。[4]

自从1960年世界上第一个激光束被发现, 经过长达几十年的发展历程, 随着激光焊接技术的不断成熟, 激光焊接技术已经被利用到生产生活的很多领域。

激光焊接技术在钢铁、汽车、船舶、航空航天等制造加工业的应用。比如在汽车覆盖件生产中运用激光焊接技术。在制造钢铁时, 利用双面激光焊接达到样品结合的目的。而在美国、法国、瑞典等国的飞机制造中, 运用到了纯氮环境下的激光焊接、真空钎焊等工艺。[5]激光焊接技术在其他行业如医药生物行业、电子工业中应用。激光焊接因其吻合速度快、卫生、高效的特点, 已被应用于牙医、生殖医学、神经医学等临床诊治。而随着电子元件的越来越小, 激光焊接的高效迅速、热影响区小等优点在电子工业中的作用就显而易见了。

未来, 大容量大功率的激光器的研制仍将继续, 而激光焊接工艺的精细化研究 (比如复合激光焊接、双焦点激光焊接等) 也必将激发出激光焊接技术更强大的应用潜力。

摘要：作为一种新型的焊接技术, 激光焊接技术在各工业领域被广泛应用, 本文从激光焊接技术的内涵及分类出发, 对其研究现状进行分析, 并对其发展趋势进行了展望, 以期对激光焊接技术从宏观上有更深入的了解。

关键词：激光焊接技术,现状分析,未来展望

参考文献

[1].陈彦宾.现代激光焊接技术[M].北京:科学出版社, 2005:56

[2].于瑞.激光技术在汽车制造领域中的应用[J].汽车工业研究, 2007, 10

探讨激光焊接技术 篇3

关键词：激光焊接 现状 应用领域

中图分类号：TG44文献标识码：A文章编号：1674-098X（2012）09（b）-0069-02

1 激光技术焊接工艺及工作原理

激光焊接是通过利用激光的辐射能量的方式实现高效焊接的一种工艺，其工作原理是：通过特定的方法来激发起激光活性介质，令其在谐振腔中往返振荡，进而转化成受激辐射光束，当光束和工件相互接触时，其能量则被工件全部吸收，当在温度高达材料的熔点时即可进行焊接[1]。

2 激光焊接的焊缝形状与组织性能

由于激光器形成的聚焦光斑的面积都比较小，其作用在焊缝四周的热影响区比较小，无法与普通焊接工艺相比，而且激光焊接通常不用填充金属，因此焊缝表面均匀、美观，没有气孔、裂纹等缺陷，对于焊接外形严格的场合来说，激光焊接十分适用。尽管聚焦的面积相对较小，但是激光束的能量密度非常大，一般都能达到103～108W/cm2。在焊接过程中，金属可迅速被加热或者冷却，熔池周边的温度梯度也比较大，促使其接头强度通常会比母材高，反之接头的塑性则比较低。目前来说已经研制出新的技术改善接头质量，例如通过双焦点技术或者复合焊接技术来实现。

3 激光焊接技术的优缺点

激光焊接受到高度重视的原因是本身具备众多优点：（1）激光焊接可以确保高质量的接头强度以及较大的深宽比，而且焊接速度非常快。（2）由于激光焊接不用在真空环境中进行，因此可以利用透镜与光纤方式实现远程控制以及自动化生产。（3）激光的功率密度很大，对焊接难度大的钛、石英等具有很好的效果，而且可以对不同性能的材料进行焊接。当然，激光焊接也有一些缺点：（1）激光器与焊接系统相关配件比较昂贵，导致初期投资与维护成本则相对较高。（2）固体材料吸收激光的效率比较低，因此激光焊接的转化效率都偏低，一般是5%—30%。3激光焊接的聚焦光斑比较小，对于工件接头的装备精度就比较高，焊接时可能会出现偏差，导致加工误差[2]。随着激光焊接的不断普及应用，激光设备的价格也会不断下降，而激光焊接转化效率偏低的缺点也会得到更好的改善，不久的将来，激光焊接则会逐渐取代传统的焊接工艺，成为工业焊接的主要方式。

4 国内激光焊接技术的现状

目前，我国的激光设备和生产单位大都是生产kW级别的CO2激光设备1kW以下的固体YAG激光设备。激光焊接主要研究方向是激光焊接等离子体产生的机理、特性分析与检测、深熔激光焊接的模拟、激光电弧复合热源的应用、激光堆焊接、超级钢焊接等等。清华大学彭云等详细研究超细晶粒钢的焊接性以及激光焊接的相关特点，同时实施了两种超细晶粒钢的激光焊接试验：400MPa与800MPa，同时和等离子弧、MAG焊接进行了比较。

无论是碳钢或者经过合金强化的高强度钢，亦或经过特殊冶金加工的高强度钢，在加热与冷却速度非常迅速的激光焊条件下，接头的硬度远远高于母材，导致接头容易出现裂纹；同时激光的再热作用也会导致HAZ形成软化区。目前，高强度钢激光焊接性能的研究依然缺乏，其应用数据明显不足，需要进行更深的研究。

5 激光焊接技术的应用

5.1 制造行业的应用

目前，激光焊接的应用领域非常广，例如制造业、粉末冶金领域、汽车工业、电子工业、生物医学、造船工业等等。

5.2 粉末冶金领域的应用

由于粉末冶金材料的性能相对特殊，而且制造优点比较突出，在一些领域上例如汽车制造、航空以及工具刃具制造业中，正在逐渐取代传统的冶金材料。随着粉末冶金材料的不断发展，其与其他零件之间的连接问题不断凸显，导致粉末冶金材料在这些领域的应用受到很大的限制。在20世纪80年代初期，激光焊接的独特优势受到粉末冶金材料加工领域的广泛关注与应用，较好地解决了上述问题，为粉末冶金材料的应用打开了新的方向，通过激光焊接显著提高了焊接强度与耐高温性能[3]。

5.3 汽车工业的应用

激光焊接广泛地应用于汽车领域，例如德国的奥迪、奔驰、大众，瑞典的沃尔沃等国外的汽车制造厂早已在20世纪80年代就率先使用这一技术，将激光焊接引用到车顶、车身以及侧框等钣金的焊接；到了20世纪90年代，美国的通用、福特以及克莱斯勒汽车公司也相继引入激光焊接，虽然起步稍晚，但是其发展速度非常快。日本的本田、丰田等汽车公司也相继在车身上运用了激光焊接与切割工艺。高强钢激光焊接装配件由于性能十分优良，因此被广泛应用于汽车车身制造，随后激光焊接则被快速应用到汽车部件的制造当中，例如变速箱齿轮、半轴、传动轴、散热器等等，并且逐渐成为汽车零部件制造的标准工艺[4]。而我国科研院所在某些特色领域上也获得优异的成绩。随着我国汽车工业的蓬勃发展，激光焊接技术必定在将来的汽车制造领域中获得更加优异的成果。

5.4 电子工业的应用

激光焊接在电子工业中也被广泛的应用，尤其是微电子工业，在集成电路以及半导体器件壳体的封装中，表现出巨大的、独特的优越性。激光焊接也被引用到了真空器件的研发当中，例如钼聚焦极和不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等等。例如传感器或者温控器中的弹性薄壁波纹片的厚度在0.05～0.1mm范围之内，传统焊接方法很难实现，采取TIG焊极易焊穿，而且等离子的稳定性比较差，影响因素又很多，因而选择激光焊接的效果比较好，可以有效解决上诉问题。

5.5 生物医学的应用

激光焊接开始应用于生物组织的时间是20世纪70年代，Klink等采用激光焊接输卵管与血管的成功，展现出了激光焊接巨大的优越性，促使更多研究人员开始尝试焊接各类生物组织，并且将其引用到其他组织的焊接。而激光焊接神经方面是目前国内外生物医学研究的主要方向，并且集中于激光波长、劑量、功能的恢复等这些方面进行研究。激光焊接是一种新型的焊接牙科合金的技术，经过多年的设备研究与改进，技术得以不断更新，在口腔修复领域的应用日益增多，逐渐走向成熟。

5.6 造船工业的应用

造船业是激光焊接应用当中另一个重要的领域，造船最主要的工艺就是焊接，采用激光焊接可以获得高强度的焊件，进而在设计上可以大大缩减所用材料的厚度，实现轻重量、高强度的要求。美国经过计算得出这样的结论，航空母舰如果采用激光焊接技术制造可以大大地减轻重量200t。实际上，目前欧洲的大型游轮的建造当中，激光焊接的应用已经达到了20%，而近期的目标更是高达50%左右。另外，海洋平台、潜艇的结构件也已经广泛应用了激光焊接[5]。随着现代焊接工艺以及技术的进一步发展，激光焊接技术发展潜力十分巨大，其前景必然非常广阔，国内外技术研究部门必须坚持不懈地研究与探索，才能不断地促进激光焊接技术的进一步发展。

6 结语

激光焊接技术是一项综合性比较强的技术，集中了激光技术、焊接技术、自动化技术、材料技术、机械制造技术以及产品设计。汽车工业对于焊接质量的要求非常高，而激光焊接本身具有高能量密度、深穿透力、精度高、适应性强等等优势，使其在汽车工业中发挥着巨大的优势，不仅其生产率远远高于传统焊接，而且焊接质量也十分显著。激光焊接技术必将逐渐取代电弧焊、电阻焊等传统焊接方式。因此，今后激光焊接技术将会得到更加广泛地应用，必将在材料连接领域起到越来越重要的作用。

参考文献

[1]陆斌锋，芦凤桂，唐新华，等.激光焊接工艺的现状与进展.焊接，2008（4）：53.

[2]马涛，黄升.激光焊接技术.柳钢科技，2011（6）：57.

[3]张文举.浅析激光焊接技术的工艺与方法.黑龙江科技信息，2011（2）：67.

[4]游德勇，高向东.激光焊接技术的研究现状与展望.焊接技术，2008（8）：8.

激光焊接发展 篇4

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安全、舒适、节能和环保一直是世界汽车工业发展的主题。激光焊接工艺在汽车工业领域尤其得到重视和广泛应用，其中汽车覆盖件是激光焊接的五大类之一。激光焊接已经成为车身覆盖件制造的标准工艺！

激光焊接运用于汽车上可以降低车身重量、提高车身装配精度、增加车身的刚度、降低汽车车身制造过程中的冲压和装配成本。

德国人是早把激光焊接技术运用于汽车，在20世纪90年代中期，BMW公司利用激光焊接机器人完成了BMW5系列轿车的第一条焊缝，焊缝总长度达12m。

德国大众Touran轿车的激光焊缝总长度达到了70m。随后，奥迪、速腾、高尔夫及Passat等品牌的车顶采用了激光焊接技术，通用、丰田、福特、宝马、奔驰等公司陆续均采用了激光焊接技术。

以下四种典型的应用与汽车覆盖件方面发激光焊接工艺

一、激光自熔叠焊汽车覆盖件激光焊接工艺

当功率密度达到一定的范围（106~107 W/cm2）的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，材料被加热熔化至汽化，产生大量的金属蒸汽，在蒸汽逸出表面时产生的反作用力下，使熔化的金属液体向四周排挤，形成凹坑，随着激光的继续照射，凹坑穿入更深，当激光停止照射后，凹坑周边的熔液回流，冷却凝固后将两工件焊接在一起。

对于激光自熔叠焊工艺而言，其影响因素较多。除了材料本身的影响外，主要有以下几个方面： 影响因素

1、激光功率

激光焊接中存在一个激光能量密度阈值，低于此值，工件仅发生表面熔化，熔深很浅，也即焊接以稳定热传导型进行；一旦达到或超过此值，等离子体才会产生，这标志着稳定深熔焊的进行，熔深会大幅度提高。如果激光功率低于此阈值，激光功率密度较小时，会出现熔深不足甚至焊接过程不稳定。

2、焊接速度

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大熔深。

3、离焦量

为了保持足够功率密度，焦点位置至关重要。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。离焦量的变化直接影响焊缝宽度与深度。

4、保护气体

激光焊接过程常使用惰性气体来保护熔池，但在大多数应用场合常使用氩、氮、氦等气体作保护，使工件在焊接过程中免受氧化，同时可以吹散等离子体。缺点

焊接厚度有限；工件装配要求高；激光焊接系统一次性投资成本较高。主要应用案例 ：汽车四车门、顶盖、侧围等部位

二、激光远程焊接白车身激光焊接工艺

远程焊接借助的是振镜扫描头来实现的（如下图所示），其激光束定位方法不同，激光束入射到扫描振镜的X、Y轴两个反射镜上，计算机控制马达精准调节反射镜的角度，实现激光束的任意偏转，使具有一定功率密度的激光聚焦在加工工件表面的不同位置，实现焊接功能。优势

其定位精度高、时间短、较一般激光自熔焊的焊接速度快、效率高，焦距长，不会与焊装夹具干涉、光学镜片污染少；可定制任意形状焊缝以优化结构强度等。与电阻点焊相比，激光远程焊接技术充分发挥了单侧，非接触式激光焊接带来的技术和经济优势，并将其与高速扫

描振镜具有的优势相结合，大大缩短了焊接时间，提高了总生产效率，可有效用于日益增多的汽车覆盖件及零部件焊接。缺点

它对来料及装配精度要求比较高，主要是焊缝处两面的贴合精度；当工件厚度过大时，焊缝深宽比增大，焊缝处剪切强度低，主要适用钣金厚度低于2mm的连接，如汽车覆盖件等。主要应用案例：如汽车四门内板分总成、A、B、D柱内板总成车门、天窗总成等

三、激光钎焊白车身激光焊接工艺

激光器发出的激光束聚焦在焊丝表面上加热，使焊丝受热熔化（母材未熔化）润湿母材，填充接头间隙，与母材结合，形成焊缝，实现良好的连接。影响因素

1、光斑直径。

光斑直径对钎料的铺展影响较大。光斑直径过小，激光集中在钎料上，对母材的加热不足，钎料在母材上铺展时冷却过快，使钎料不易铺展；光斑直径过大，如果激光功率不够则无法及时熔化焊丝，如果激光功率足够则会严重烧损母材。对于卷对接接头，光斑直径与焊缝宽度（填充面宽度）基本一致时，钎料的铺展会较充分。

2、激光功率。

焊丝熔化的速度取决于激光能量的大小，即激光功率。当激光功率不足时，焊丝熔化速度慢，铺展不充分，生产效率低；当激光功率过大时，焊丝熔化速度快，如果送丝速度跟不上，则焊缝的铺展会间断。激光功率的值受设备限制，调节激光功率的大小要考虑其与焊接速度及送丝速度的匹配。

3、焊接速度。

焊接速度决定作业时间的长短和生产效率的高低，所以应根据设备可提供的激光功率的大小选择适当的焊接速度以提高生产效率。通常焊接速度越快，生产效率越高，但对于半径较小的圆弧段焊缝或过渡段焊缝，过快的焊接速度产生的离心力将会阻碍熔融钎料的铺展，使焊接过程不稳定。

4、送丝速度。

选定了焊接速度之后，需根据焊缝填充量的多少来匹配适当的送丝速度。送丝速度过快，焊缝表面会出现钎料的堆积，影响外观质量，送丝速度过慢则会使焊缝表面出现下陷，过少的填充量会影响焊缝的焊接强度。优势

焊缝成形均匀美观，密封性好，焊缝强度高。缺点

钎焊接头力学性能主要由钎料保证，接头强度相对较低，耐热性差，且焊前清理要求严格。激光钎焊质量缺陷造成的原因。

钎焊丝校准：焊丝没有穿过焦点中心，焊丝距离焦点的长度过长或过短。钎焊丝温度：焊丝预热温度错误。间隙尺寸：部件之间的间隙尺寸不均匀。焊接速度与送丝速度的不匹配。

出光的控制：激光器和送丝机的开关点可能与加工过程不相符。难点

编程示教工作量大，工装夹具结构复杂，重复定位精度要求较高，加工轨迹的开始和结尾段难以控制。

主要应用案例：行李箱尾盖、顶盖和侧围的流水槽、C柱等

四、激光-电弧复合焊白车身激光焊接工艺

激光复合焊是指在焊接时使用激光束和电弧等离子体热源进行有机复合而构建的新型焊接热源共同加热母材焊接区域，形成共同的熔池，使待焊工件的不同部分有效连接的一种新型焊接工艺方法。

激光-电弧复合焊接由于同时有激光热源和电弧热源的作用，因此其兼有激光焊接和电弧焊接的优点，与纯电弧焊接相比，激光电弧复合焊接焊后变形小，熔深大，能明显提高焊接效率，与纯激光焊接相比，可提高焊接装配间隙的适应性，并且焊缝成形饱满，所以在焊缝成形的控制以及焊接间隙的容许误差两个方面具有明显的优势，具有良好的综合经济性。另外，由于电弧的热作用范围、热影响区较大，使得焊接时温度梯度减小，降低了冷却速度，相对激光自熔焊使熔池的凝固过程变得缓慢，减少或消除了气孔及裂纹出现的可能，也可改善焊缝和热影响区的组织性能。

1、能量利用率提高，焊接过程稳定性增强。

激光焊接时产生的光致等离子体，会严重影响到焊接过程的稳定性，降低能量的利用率，而加入了电弧后，电弧的介入可以稀释光致等离子体，增加激光的穿透能力，提高焊接的稳定性。

2、焊接熔深增加

采用激光电弧复合焊时与单独采用激光束焊接相比，熔深大约可增大20%。

3、焊接速度提高，焊缝成形改善

在一定的工艺条件下，复合焊接的速度可达MAG弧焊的三倍左右，是激光自熔焊的1.5倍左右，同时可改善熔融金属的浸润性，避免咬边等缺陷出现。

4、降低工件装配要求，间隙适应性好

电弧的存在使接头间隙允许范围变宽，即使在间隙宽度超过光斑直径时也可以实现连接，也避免了单纯激光焊时可能存在的一些焊接缺陷等。

5、降低激光器功率要求，成本大幅降低

采用复合热源后，可以大大降低激光器的功率要求，可以实现较低激光功率下复合较低成本的弧焊热源来获得较大的熔深，使设备成本大幅降低。主要应用案例：

在汽车制造业内激光复合焊也有大批量的应用，如一些铝质车门的焊接等。以德国大众VW Phaeton的车门焊接为例：为了在保证强度的同时又减轻车门的重量，大众公司采用冲压、铸件和挤压成形的铝件。车门的焊缝总长4980mm，现在的工艺是7条MIG焊缝(总长380mm)，11条激光焊缝(总长1030mm)，48条激光-MIG复合焊缝(总长3570mm)。

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光纤激光在焊接技术中的应用 篇5

谈到光纤激光，光纤的长度保证了光束质量接近衍射极限(在给定波长的激光中，理论极限，或最小可能的聚焦尺寸)。这种激光的谐振腔无须进行任何调整，光束质量是被光纤的物理特性所规范。光纤激光除了以上的两大优势之外，还应当了解，其泵浦能量可以通过传输光纤进行耦合，传输至有源光纤或受激光纤，从而免去了二极管泵浦源到光纤激光的光学调整的繁琐的过程。

图1指出不同工业激光的光束质量参数(BPP)与输出功率的关系。其中BPP值越小表明光束质量越好。与其它激光相比，光纤激光表现出更好的光束质量(只有在5千到一万瓦范围内略逊于二氧化碳激光器)。在Fraunhofer我们一致认为，光纤激光具有更为广阔的未来。

在德国的Dresden，FraunhoferIWS以及在美国密执根的Plymouth的IWS分支机构中我们拥有以下表格中的各种光纤激光可以用于工业加工发展的研究。

这些光纤激光具备以下特点：体积非常小，在泵浦源与最终的光学聚焦系统之间没有任何需要进行准之调节的零件，无须进行任何调整，很高的电光转换效率(25-30%)。此外，光纤激光具有非常优秀的光束质量和超长的泵浦源寿命(超过5万小时)。我们可以使用很小的扩束准直系统，进而可以使用尺寸很小的振镜系统进行高速光束操控。

15微米直径的光纤长度限制在数米范围内，因为存在拉曼散射效应，它将在使用较长的光纤传输时减少输出能量。而50微米的光纤限制在15米长度以内，100和200微米的光纤长度没有限制!如果使用光闸或纤-纤耦合接头，必须使用100微米的光纤出，50微米的光纤进，或使用200微米的光纤出，100微米的光纤进。以上两种状况光束质量可以达到8mm.mrad。这与盘式激光相当，而焊接的结果，两种激光器非常接近。

综合起来，在Fraunhofer使用的光纤激光系统非常稳定，没有发生过任何问题，

而灯泵浦系统本身则存在非常多的常规问题。有些其它的光纤激光用户提到过，在操作中的光学反射问题，到目前为止对我们而言还没有造成任何困扰。我们的试验数据表明，光学反射没有对激光器的输出功率造成任何影响。即使如此，我们在实际操作中不主张使用与工件垂直的光束设计，而使用微微倾斜6度左右的角度。在切割和焊接钢材和铝材时没有发生任何问题，但同样的操作，工件为铜材时，情况较为复杂，需要很小心地进行处理。

在我们的研究中，由于光纤激光优秀的光束质量，焊接的深度和速度可以达到与电子束焊接相当的细窄焊缝。图2显示实际焊接的效果。4千瓦光纤激光焊接8毫米厚的普碳钢板(汽车齿轮箱中的机构)。

对于低变形焊接，光纤激光看来是当前最佳的选择。这不但在齿轮传动机构中有广泛的应用，在远程焊接中同样有着很大的优势。

由于极高的光束质量，我们可以使用非常紧凑、小巧的聚焦和扫描光学系统，而无须改变焊接参数，同时适用于远场技术。在这两种情况下，激光优秀的光束质量会生成特定的焊接等离子体，(与Nd:YAG和盘式激光相比)，一定要使用保护气体，否则会发生吸收和主体散射效应。

图3显示光纤、盘式、Nd:YAG和CO2激光系统的焊接速度对应与深度的试测数据。由于我们有限的CO2激光的能量范围，我们仅就3.5千瓦的CO2激光进行了对比试验。盘式激光的焊接数据有些偏离，因为我们使用的是4kW输出功率的TRUMPF’sHLD4002盘式激光。同样，我们使用了其它光纤激光的数据，BIASBremen的4.0kWYLR7000光纤激光(300微米光纤)。总之，以下数据表明并非不同的激光会造成不同的焊接结果，而是不同的光束质量。正如两种不同光束质量，其它参数极为接近的光纤激光，试验结果却截然不同。

结论可以这样声明，高功率光纤激光非常适合用于不同的焊接和切割应用。高光束质量，提供更多其它激光系统无法提供的机会和更好的表现。

另外一方面，购买一个激光器还应当考虑许多的重要的因素，其中包括投资费用、运行费用、维护和维修费用等。然而，最重要的一点是在最终的结果必须能够不断重复，这就要求光束质量必须非常稳定，它是一个最重要的基本因素。

激光的发展及应用 篇6

13材料C1 安海山 20134865620 前言：激光作为新能源代表，在许多领域都有更广泛应用，激光器的发明是20世纪中能与原子能、半导体、计算机相提并论的重大科技成就。自诞生到现在得到了迅速发展，激光光源的出现是人工制造光源历史上的又一次革命。我国激光技术在起步阶段就发展迅速，无论是数量还是质量都和当时国际水平接近。一项创新性技术能够如此迅速地赶上世界先进行列，这在我国近代科技发展史上并不多见。能够将物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于长春光机所多年来在技术光学、精密机械方面的综合能力和坚实基础。一项新技术的开发，没有足够技术支撑很难形成气候。

摘要：激光是２０世纪６０年代出现的最重大科学技术成就之一，它的 出现深化了人们对光的认识，扩大了光为人类服务的天地。激光是基于受激发射放大原理而产生的一种相干辐射。能够发射出激光的实际装置，称之为激光器，普通光由原子群中的原子无秩序地、个体自发发光产生，而激光的产生，则是控制了原子群，使之集体化地，有组织有纪律地发光，就是说，激光是由原子群的集体化受激发光产生的。

关键词：激光、激光产业、发展趋势 1.激光的应用现状

1.1激光在自然科学研究上的应用

1.1.1非线性光学反应

在熟悉的反射、折射、吸收等光现象中，反射光、折射光的强度与入射光的强度成正比，这类现象称为线性光学现象。如果强度除了与入射光强度成正比外，还与入射光强调成二次方、三次方乃至更高的方次，这就属非线性光学效应。这些效应只有在入射光足够大时才表现出来。高功率激光器问世后，人们在激光与物质相互作用过程中观察到非线性光学现象，如频率变换，拉曼频移，自聚焦，布布里渊散射等。

1.1.2用激光固定原子

气态原子、分子处于永不停息运动中（速度接近340 m/s），且不断与其它原子，分子碰撞，要“捕获”操作它们十分不易。1997年华裔科学家、美国斯坦福大学朱棣文等人，首次采用激光束将原子数冷却到极低温度，使其速度比通常做热运动时降低，达到“捕获”操作的目的。具体做法是，用六路俩俩成对的正交激光束，用三个相互垂直的方向射向同一点，光束始终将原子推向这点，于是约106个原子形成的小区，温度在240μκ以下。这样使原子的速度减至10 m/s两级。后来又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在约1s内从控制区坠落后被捕获。此项技术在光谱学、原子钟、研究量子效应方面有着广阔的应用前景。

1.2激光测距、激光雷达

利用激光的高亮度和极好的方向性，做成激光测距仪，激光雷达和激光准直仪。激光测距的原理与声波测距原理类似。激光雷达与激光测距的工作原理相似，只是激光雷达对准的是运动目标或相对运动目标。利用激光雷达又发展了远距离导弹跟踪和激光制导技术，这些在1991年海湾战争中都已投入使用。激光制导导弹，头部有四个排成十字形的激光接收器（四象限探测仪）。四个接收器收到的激光一样多，就按原来方向飞行；有一个接收器接受的激光少了，它就自动调整方向。另一类激光制导是用激光束照射打击目标，经目标反射的激光被导弹上的接收器收到，引导导弹击中目标。激光准直仪起到导向作用，例如在矿井坑道的开挖过程中为挖掘机导向。激光 准直仪还被用在安装发动机主轴系统等对方向性要求很高的工作中。

1.3激光在工业应用

激光加工代表精密加工装备未来的发展方向，体现着一个国家的生产加工能力、装备水平和竞争能力。目前，激光加工技术在各种仅金属与非金属材料加工中的应用非常广泛。工业激光器目前主要包括CO2激光器、固体激光器、半导体激光器等。这几种激光器各具优点，如CO2激光器的成本最低，固体激光器的光束质量好，半导体激光器的出光效率高。光纤激光器是未来新一代激光技术的发展方向，它具有常规固体激光器所不具备的许多优点。然而激光器服务的机床企业非常谨慎，终端用户对激光器本身的印象远不及对系统那么深刻。在现代重工业中，如材料切割、焊接、快速成型等过程中，激光技术体现出了优越性。激光可以通过软件来控制轨迹。激光加工属于非接触加工，因此稳定性和寿命都比较好。在当今半导体行业，光科技术已成为半导体工业的“领头羊”。激光器在线加工已成为不可或缺的一部分。例如激光调阻机可达到产能70万只/小时，芯片光刻已实现65nm的制程。

1.4激光在医学应用

激光在医疗领域有着非常广泛的应用。激光与生物体的作用产生多种效应，如热效应、压力效应、光化效应、电磁效应。有时，这几种效应在作用是同时存在。激光类医疗器材产品被定义为：为了手术、治疗或医疗诊断目的而进行人体照射的那些种类的医疗器材产品。激光医疗设备可分为激光治疗器、激光诊断仪器和激光检测设备。激光美容、激光切除肿瘤、激光眼科手术、激光心肌血管再造等等都得到了迅速发展。在世界激光医疗市场，中国已成为仅次于美国和日本的世界第3大激光医疗市场。弱激光对生物组织有刺激、阵痛、消炎、扩张血管等作用，用弱激光照射病灶，有治疗效果。利用弱激光照射穴位。可以产生类似针灸的效果。低强度的He-Ne激光血管内照射可以治疗脑梗塞、颈椎病、冠心病等缺血性疾病]。研究表明，紫光激光器对软组织治疗有着很好的疗效，打破了CO2激光器最适合治疗这类疾病的常规认识。

1.5激光通信

激光通信主要是利用激光的单色性和方向性好的特点。根据传输媒质的不同，激光通信可分为宇宙通信、大气通信、水下通信以及光纤通信。目前在军事领域使用较为广泛的是大气通信。大气激光通信保密性能好，难以截获和干扰。诺·格公司已完成卫星激光通信系统兼容性实验，2007年进行下一阶段试验，该系统能够为多种用户提供更强的通信能力。民用光纤通信的容量很大，且成本低。目前光纤通信蓬勃发展，已成为重要的民用领域之一。

1.6激光与能源

激光具有高亮度的特点，在能源利用上也有其自身独特的优势。目前，激光与核能的应用紧密相关：一是激光分离同位素，用于核燃料的提纯工作；二是激光核聚变。能源现已成为社会发展中的中的重要问题之一。最理想的能源应是既洁净又取之不竭的核能，这当然是聚变能的利用。据估计，地球海洋中的聚变资源可够人类用1千亿年，可以说是取之不尽，用之不竭，同时又不会污染环境的能源。可见，可控聚变核反应是一个非常理想的核能来源，已引起各国科学家的高度重视，但尚未能够做成实用的能源来发电。目前，强激光功率已达到聚变的点火条件。俄罗斯实验物理科研所已成功研制出用于热核反应的新型大功率激光器。该激光器的功率达到了1015W/cm2，能量达300 000 J，可代替实验室条件下的核试验。用于激光传输不需要介质，因而可作为远距离作用能源。据报道，日本一个研究小组以实验成功用激光驱动机器人。机器人电源一般使用电池，然而在核电站和化学污染严重的场所，对正在作业的机器人更换电池有一定的困难，而用激光驱动十分便利。此外在宇宙空间用激光驱动机器人也比使用电池优越。目前，日本正在进行激光推进技术、跟踪和控制小型车辆的实验研究，进展良好。此外，激光还有许多用途，在军事、科研、文化、国防、公安侦破等领域均有广泛用途。

2.激光的发展趋势

激光器自问世30余年以来，以日新月异的面貌改变着自身的功能，令人瞠目结舌，也令世人刮目相看，接下来再看看激光未来发展走向以及激光产业发展。

2.1激光器发展趋势 2.1.1功率越来越高

美国、法国、德国和日本最近已经完成或正在建造拍瓦新装置（1拍瓦=1015W）。这些高功率激光器都有2种运转方式：可以断续发射几百焦耳的长脉冲（每个约400fs），（1 fs =1015s），或发射不连续的短脉冲（每个约20fs），每个脉冲为几十焦耳。超短超强飞秒激光器可用于激光核聚变实验和高能量密度物理研究，在商用上也有巨大的潜力。飞秒激光器用于光纤通信可扩展通信宽带，到2010年通信系统的传输速率达到5～10Tbps。

2.1.2小型化、集成化激光器

目前，全球固体激光器市场一派兴旺，半导体激光器迅速增长，二极管泵浦的固体激光器成为新的增长点。据研究表明，激光二极管采用脉冲方式供电可以在相当程度上提高其峰值功率，这将有效推进激光二极管在材料处理中的使用。

2.1.3阵列激光器

光通信的迅猛发展极大推动了阵列激光器的出现和进一步发展。据研究表明，阵列激光器非常适合全光互连，采用光子晶体耦合激光器显著提高了出光效率。

2.1.4新波段激光器

近年来，中远红外激光器、极紫外激光器等也得到了发展，现已有近千种工作介质，可产生的激光波长包括从真空紫外到远红外，光谱范围越来越宽。3.1.5高效率 激光器的出光效率越来越高。新型YAG激光器的斜度效率在泵浦功率>20W时约为81%。

2.2全球激光产业发展趋势

世界激光器市场可划分为3大区域：美国（包括北美）、欧洲、日本以及太平洋地区。由于半导体激光器的迅速发展，使二极管泵浦固体激光工业加工设备所占的市场份额越来越大。2002年全球工业激光系统产值约为29.9亿美元，2003年约为31.116亿美元，2004年约为32.11亿美元。2006年用于材料加工的激光器的销售额达到了17亿美元。在世界激光市场上，日本在光电子技术方面处于领先地位，约占50%的份额。追踪世界激光产业发展，可看出其中包含的几点趋势：①在激光源方面，半导体激光器和半导体泵浦固体激光器将成为未来的主导；②激光技术对产品投入产出比和技术基础的优化作用更加明显，融合在产品与服务中的技术含量越来越高；③激光技术与众多新兴学科技术相结合，更加贴近人们的日常生活；④激光产业界并购盛行，各公司力争成为产业巨头。

2.3我国激光产业现状及存在主要问题

我国激光产业具有很好的发展前景和潜力。近年来，中国激光市场呈现出稳定、高速增长的态势。1999年和2005年，中国激光产品市场销售额分别为14.13亿和47.75亿人民币 ]。在行业迅猛发展的同时，我们也该认识到我国激光产业起步晚、基础薄 弱，与世界领先国家的差距还很大。例如，与先进国家的激光加工系统相比，我国的激光加工系统差距甚大，仅占全球销售额的2%左右。主要体现在：高档激光加工系统很少，甚至没有；主力激光不过关；激光微细加工装备缺口较大。目前，存在的主要问题有：（1）核心技术少很多关键性基础性技术没有解决好，甚至某些技术还有退步。目前，国内激光产业的核心技术大多来自于进口，产品竞争力不足。（2）产研结合欠佳 我国的激光学术研究方面仍处于世界领先地位，但产业却非常落后，其中知识产权和专利成果保护不力，很多先进的激光技术没有转换成产业应用。另外，学术的开放性不够，由于担心技术流失，导致创新效率低下。（3）创新能力不足，配套能力较差 系统的配套能力不高，创新能力不足，大多是传统结构类型。现有的产业大多是光机电算综合的产业，而国产激光器和其他行业的结合很不好，智能化、自动化程度太低，增加了用户使用的困难。（4）从技术管理上看，缺少良好的评价系统 缺少国家标准，评价体系“当量”折算不当，华而不实。现有的评价体系是一种自我循环，导致激光产品的质量监督不够，这些都不利于激光产业的发展。

3.结束语

激光在当今世界应用领域越来越广泛，通过对当今不同激光产业现状的了解，对激光以及激光产业发展趋势的把握，有助于我国在激光这一新技术方面处于前列。更好的为经济服务，是我国经济有更大的发展空间。

参考文献

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汽车激光焊接模拟热源模型研究 篇7

数值模拟是研究焊接过程的重要手段, 准确的模拟结果不仅可便于实际工艺安排, 并且能帮助降低成本, 为企业带来更大的利润。作为焊接过程的热输入, 其能量高而集中的特点是引起焊接变形与残余应力的最主要原因, 而焊接热源的选取便成为焊接过程数值模拟的首要解决问题。

从2 0世纪3 0年代提出的Rosonthal模式开始, 焊接热源模式得到了广泛的发展。焊接热源模型主要有高斯面热源、双椭球体热源、柱状热源、锥状热源和旋转高斯体热源。

高斯面热源

高斯面热源是在工件有电弧输入的表面上加载热流密度, 采用有限元模拟出的温度场云图如图1所示。这种热源模型忽略了热能在Z方向上的电弧穿透作用, 因此模拟出的温度场往往与实际差别较大。高斯面热源仅当使用电弧焊或者钨极氩弧焊焊接薄板电弧冲击力较小时适用。随着体热源的出现, 高斯面热源已不再单独作为模拟的热源模型, 而是为模拟焊接过程辐射、反射等效应与体热源一起作为热源施加于焊件, 实践表明其效果要比单独施加任何一种热源好一些。

双椭球体热源

随着面热源局限性的突出, 基于有限元分析软件强大的功能, 三维热源模型应运而生。A.Goldak提出了双椭球热源模型, 是在半球状热源分布函数的基础上考虑熔池前后的不对称性而改进的。

双椭球模型的熔池形貌如图2所示。

事实上, 双椭球热源模型适用于电弧冲击力度较大的焊接方法, 对常规的激光焊接模拟能获得很好的效果, 但由于无法模拟钉头现象而在厚板的激光深熔焊接模拟时不够理想。

高斯体热源

随着激光深熔焊的广泛使用, 上述的热源模型对激光深熔焊的模拟都不尽如人意。2004年清华大学吴甦教授提出了旋转高斯体热源模型, 主要针对激光焊接有匙孔的模拟与实验值进行了比较, 证明了旋转高斯体热源能更准确地模拟激光焊接温度场。旋转高斯体热源能很好地模拟出激光深熔焊接过程中的钉头现象。

旋转高斯曲面体是将Gauss曲线围绕其对称轴旋转形成的曲面围成的曲面体, 如图3所示。

其他热源模型

此外还有Gauss柱状热源, 热流分布表达式为:

式中qm——热源中心处能量;

r——距热源中心的距离;

R——圆柱半径;

H——圆柱的高度。

柱状热源在深熔焊的研究需求下诞生。圆锥状高斯热源的模型表达式为:

体热源与面热源的结合

目前很多学者采用体热源与面热源结合的方式进行模拟, 以考虑电弧在焊件表面的等离子效应等, 取得了较为理想的效果, 图4所示为采用双椭球体热源与高斯面热源结合的熔池温度场云图。体热源与面热源能量的相加为焊接总体热输入。

生死单元法

激光焊接技术的研究现状与应用 篇8

摘 要：在经济发展中，工业占据重要的地位，工业的发展需要应用到激光技术，并且激光技术是当今各国研究的核心。随着工业发展过程中，对环保、自动化以及高效的需求在不断的增加，激光技术的应用范围也随之扩大，并在制造业中得到广泛的应用，尤其是激光焊接技术的应用成为重中之重。本文就激光焊接技术的概况进行阐述，并分析激光焊接技术的研究现状，并对其激光焊接技术的应用进行探讨，从而有效的促进工业的发展。

关键词：激光焊接技术;研究现状;应用

在激光工艺技术中，其激光焊接技术是其核心内容，并且也是目前重点发展的一种焊接技术。根据研究分析，国外已经将激光焊接技术应用在工业生产中。但是我国的激光焊接技术刚刚起步，在应用到工业发展中的时候，还需要根据我国工业发展的特点制定出相关的应用策略。随着工业的不断发展，在未来的发展中，高效的加工技术将会是发展重点，而激光焊接技术比较符合这一发展趋势，其未来的发展前景比较广阔，还需要对其进行不断的研究，加大在工业中的应用范围与效率。

1 激光焊接技术的概况

对激光焊接技术的研究中，首先需要对其基本概况进行了解。激光焊接技术指的是一种高效焊接工艺，其主要是通过运用激光束的辐射能量来实现的，将激光束进行高度的聚焦处理，并在此前提下，形成较高能量的激光脉冲，并以此来对材料进行加工，其使用范围是针对材料微小区域的焊接。与其他传统的焊接技术对比分析，激光焊接技术具有不可比拟的优势，其具有深度大、不易变形、速度快、焊接设备简单、操作方便等优点，并且针对室温等特殊环境中可以正常进行焊接，针对难溶材料包括石英、钛等可以进行焊接，其焊接效果好。但是在激光焊接的过程中，还会存在一定的缺陷与不足，其对焊接的配件要求较高，并且激光束在工件中的位置必须要准确，不得出现较大的偏移，其相关设备的成本较高，一次性的投资比较大[1]。

2 激光焊接技术的研究现状

目前，针对我国激光焊接技术的研究，其主要的激光生产设备有kw级的二氧化碳激光设备、1kw以下的固体YAG激光设备。在激光焊接技术研究的过程中，其研究领域主要集中在等离子体的形成机理、特性分析与检测、控制与激光模拟、激光堆焊、水下焊接技术、各种材料激光焊以及激光切割质量等方面。目前，激光焊接技术在高强度钢方面的焊接研究还不够完善，其应用缺少数据支持，还有待进一步的研究。

3 激光焊接技术的应用

3.1 在船舶制造业中的应用

由于船舶板材的厚度较大，其焊接缝较长，在焊接的过程中通常存在翘曲以及变形的问题。根据相关数据统计，如果使用传统的焊接技术，有四分之一的工作量是针对船板的整体形，极大的影响焊接进度，降低焊接效率。如果使用激光焊接技术，其能量密度高，光斑面积小等特点，焊接后不会出现上述问题。同时，针对船用板材制造的时候，由于工序不同，其工作台也就不同，其板材可以在切割完成之后送到另外的地方进行焊接处理。但是如果使用激光焊接技术，可以将其放在同一工作台上进行操作，有效的节省工作时间，提高焊接的效率。

3.2 激光焊接技术汽车工业中的应用

汽车工业是整个经济发展中的重要组成部分，尤其是在国外发达国家中，其每年生产的汽车数量非常庞大，其制造业的研发与改进直接关系到汽车的生产效率。因此，急需要提高激光焊接技术的作用。在我国，汽车行业逐渐发展起来，同样需要激光焊接技术提高生产效率，减轻汽车的自身重量，提高车身结构的轻度，有效的降低生产成本。目前，在大多数知名汽车工期中，均使用激光焊接技术，并且将其逐渐应用到中低档汽车的生产过程中，例如在大众汽车企业中，其激光焊接技术的应用范围在不断的扩大。在以往传统的焊接技术应用过程中，通常使用电阻点焊接技术，其要求凸缘宽度为16毫米，但是如果使用激光焊接技术，只需要将其控制在5毫米左右即可。通过以激光焊接技术来代替传统的焊接技术，每辆汽车生产中可以节省大约40kg的钢材，并且其焊接速度更快。

3.3 激光焊接技术在塑料加工中的应用

在国外激光焊接技术的应用过程中，针对塑料加工进行焊接处理已经成为比较常见的技术，但是在我国还处于初始阶段。由于传统的焊接技术通常以热熔焊接、振动摩擦焊接以及高频焊等为主要焊接方式，其对结构复杂以及加工比较精密的塑料加工工序无法达到较好的焊接效果。但是使用激光焊接技术可以达到理想的效果。

3.4 在生物医学中的应用

在上世纪七十年代，激光焊接技术就已经应用在生物医学领域中，其主要是通过激光焊接输卵管以及血管，随之越来越多的研究者将其应用在各种生物组织中，并取得了较好的应用效果。目前国内外在生物医学研究中，主要是针对激光焊接神经方面进行重点研究，其需要考虑到激光的波长、激光焊料的选择以及剂量等方面的内容。同时，近年来，将激光焊接技术使用到焊接牙科合金方面，成为一种新的焊接技术。

3.5 在电子工业中的应用

激光焊接技术在电子工业中的应用范围比较广阔，尤其是在集成电路以及半导体的设备封装过程中，通过使用激光焊接技术，可以突显出其独特的优势。同时，在真空器件研发的过程中，也需要应用到激光焊接技术。例如，在不锈钢支持环以及快热阴极灯丝组件中，需要使用激光焊接技术。由于传感器以及温控器的弹性薄壁波纹片的厚度需要控制在0.05-0.1毫米之间，如果使用传统的焊接技术来施工，无法达到预想的效果，在焊接的时候，容易将其焊穿，等离子的稳定效果较差，其受到多方面的因素影响。如果使用激光焊接技术，可以有效的解决上述问题，提高焊接效率与质量。

4 总结

针对目前激光焊接技术的应用以及研究的侧重点来看，在未来的发展中，其主要集中在新型激光焊接设备以及各个程序控制与焊缝的检测方面。激光焊接技术已经在各大工业中得到广泛的应用，并取得了较好的成就，其将会逐渐取代传统的焊接方法，其激光焊接技术将会得到进一步的完善与改进，并在工业领域中发挥出更大的作用。

参考文献：