隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了激光焊接頭。什么是激光焊接頭？激光焊接頭有什么特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)？

一、下圖顯示了激光焊接頭的工作原理：

首先，什么是激光頭？世界上第一個(gè)激光光束是在1960年生產(chǎn)的，當(dāng)時(shí)用閃光燈泡來激發(fā)紅寶石顆粒。由于晶體的熱容量，它只能產(chǎn)生非常短的脈沖光束，頻率很低。雖然瞬時(shí)脈沖的峰值能量可以達(dá)到106瓦，但它仍然屬于低能量輸出。

激光頭技術(shù)使用偏振器來反射激光器產(chǎn)生的光束，并將其集中在聚焦裝置中以產(chǎn)生巨大能量的光束。如果焦點(diǎn)靠近工件，工件將在幾毫秒內(nèi)熔化并蒸發(fā)。這種效應(yīng)可用于焊接過程中高功率CO2和高功率YAG激光器的出現(xiàn)，開辟了激光焊接頭焊接的新領(lǐng)域。激光焊接頭焊接設(shè)備的關(guān)鍵是高功率激光頭。主要有兩種類型，一種是固體激光，也稱為Nd：YAG激光。 Nd（釹）是稀土元素，YAG代表釔鋁石榴石，其晶體結(jié)構(gòu)類似于紅寶石。 Nd：YAG激光的波長為1.06μm。其主要優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的光束可以通過光纖傳輸，因此不需要復(fù)雜的光束傳輸系統(tǒng)。它適用于柔性制造系統(tǒng)或遠(yuǎn)程加工，通常用于焊接精度要求高的工件。輸出功率為3-4千瓦的Nd：YAG激光器通常用于汽車工業(yè)。另一種是氣體激光器，也稱為CO2激光器。分子氣體用作工作介質(zhì)，產(chǎn)生均勻尺寸為10.6μmm的紅外激光。它可以連續(xù)工作并輸出非常高的功率。標(biāo)準(zhǔn)激光頭功率在2-5kW之間。

二、與其他傳統(tǒng)焊接頭焊接技術(shù)相比，激光焊接頭焊接的主要優(yōu)點(diǎn)是：

 1.速度快，深度大，變形小。

 2.可在室溫下或特殊條件下使用簡單的焊接設(shè)備進(jìn)行焊接。例如，當(dāng)激光通過電磁場時(shí)，光束不會(huì)移動(dòng);激光器可以在真空，空氣和一些氣體環(huán)境中焊接，并且可以通過玻璃或?qū)馐该鞯牟牧线M(jìn)行焊接。

 3.可焊接鈦，石英等耐火材料，可焊接異種材料，效果好。

 4.激光聚焦后，功率密度高。焊接大功率器件時(shí)，縱橫比可達(dá)到5：1，最大可達(dá)到10：1。

 5，可以進(jìn)行微焊。聚焦后，激光束可以獲得小斑點(diǎn)并且可以精確定位，并且可以應(yīng)用于大量自動(dòng)生產(chǎn)的小工件的組裝焊接。

 6，焊接接觸部位難以接觸，實(shí)行非接觸式焊接，具有很大的靈活性。特別是近年來，YAG激光頭加工技術(shù)采用了光纖傳輸技術(shù)，使激光焊接頭焊接技術(shù)得到更廣泛的推廣和應(yīng)用。

 7.激光束可以根據(jù)時(shí)間和空間輕松分割光束，可以同時(shí)在多個(gè)工位處理多個(gè)光束，從而為更精確的焊接提供條件。

三、但是，激光焊接頭焊接也有一定的局限性：

 1.要求焊件的裝配精度高，梁在工件上的位置不能顯著移動(dòng)。這是因?yàn)樵诩す饩劢怪?，光斑尺寸非常小并且焊縫非常窄，其中填充有金屬材料。如果工件的裝配精度或光束定位精度不能滿足要求，則容易引起焊接缺陷。

 2.激光頭及其相關(guān)系統(tǒng)的成本相對較高，一次性投資相對較大。

 激光焊接頭焊接工藝參數(shù)

 （1）功率密度

功率密度是激光頭加工中最關(guān)鍵的參數(shù)之一。具有更高的功率密度，表面層可以在微秒時(shí)間范圍內(nèi)加熱到沸點(diǎn)，導(dǎo)致大量蒸發(fā)。因此，高功率密度有利于材料去除處理，例如沖壓，切割和雕刻。對于較低的功率密度，表面層溫度達(dá)到沸點(diǎn)需要幾毫秒。在表面層蒸發(fā)之前，底層達(dá)到熔點(diǎn)并且易于形成良好的熔焊。因此，在進(jìn)行激光焊接頭焊接時(shí)，功率密度范圍為104至106W / cm 2。

 （2）激光脈沖波形

 激光脈沖波形是激光焊接中的一個(gè)重要問題，特別是對于薄板焊接。當(dāng)高強(qiáng)度激光束入射到材料表面時(shí)，金屬表面上60-98％的激光能量將被反射和損失，并且反射率將隨表面溫度而變化。在激光脈沖期間，金屬的反射率變化很大。

 （3）激光脈沖寬度

 脈沖寬度是脈沖激光焊接頭焊接的重要參數(shù)之一。它不僅是一個(gè)不同于材料去除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備制造成本和體積的關(guān)鍵參數(shù)。

 （4）散焦對焊接質(zhì)量的影響

由于激光焦點(diǎn)處光斑中心的功率密度太高，因此很容易蒸發(fā)成孔。功率密度分布在每個(gè)平面上相對均勻，留下激光焦點(diǎn)。有兩種散焦模式：正散焦和負(fù)散焦。工件上方的焦平面是正散焦，否則是負(fù)散焦。根據(jù)幾何光學(xué)理論，當(dāng)正和負(fù)散焦平面之間的距離等于焊接平面時(shí)，相應(yīng)平面上的功率密度大致相同，但實(shí)際獲得的熔池形狀是不同的。當(dāng)發(fā)生負(fù)散焦時(shí)，可以獲得更大的滲透，這與熔池的形成過程有關(guān)。

四、激光焊接頭焊接的應(yīng)用領(lǐng)域

激光焊接頭焊接廣泛應(yīng)用于制造業(yè)，粉末冶金業(yè)，汽車業(yè)，電子業(yè)等領(lǐng)域。

五、特別是，小編輯包括目前汽車制造業(yè)中激光焊接頭焊接的發(fā)展。減少如下：

目前，德國大眾汽車在AudiA6，GolfA4，帕薩特等品牌的頂部采用激光焊接頭焊接，寶馬和通用汽車也在車架頂部使用激光焊接頭焊接，而德國梅賽德斯則采用激光焊接頭焊接制造傳動(dòng)部件。

除激光焊接頭焊接外，其他激光頭技術(shù)也被廣泛使用：大眾，通用汽車，梅賽德斯 - 奔馳和日產(chǎn)均采用激光切割頭切割蓋板，菲亞特和豐田已應(yīng)用激光頭涂層發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥，而大眾汽車已應(yīng)用激光表面硬化發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸。

從目前國內(nèi)形勢來看，國內(nèi)品牌的國產(chǎn)車型：帕薩特，波羅，頭安，奧迪，東風(fēng)標(biāo)致，福克斯等都采用了激光焊接頭焊接技術(shù)。其中，一汽大眾奧迪A6的頂蓋和寶來的后蓋采用激光焊接頭焊接，速騰和頭安的激光頭焊縫長度分別達(dá)到30米和40米。此外，國內(nèi)獨(dú)立汽車品牌輝煌，奇瑞和吉利也先后將激光焊接頭焊接技術(shù)應(yīng)用于新車型。

六、改進(jìn)和發(fā)展新的激光焊接頭焊接技術(shù)

隨著時(shí)代的進(jìn)步，激光焊接頭焊接技術(shù)也在不斷發(fā)展。以下技術(shù)有助于擴(kuò)大激光焊接頭焊接的應(yīng)用范圍，提高激光焊接頭焊接的自動(dòng)控制水平。

1.用填充焊絲進(jìn)行激光焊接

激光焊接頭焊接一般不填充焊絲，但對接焊接部件的裝配間隙很高，有時(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中難以保證，這限制了其應(yīng)用范圍。使用填充激光焊接頭焊接可以大大降低裝配間隙的要求。例如，對于板厚度為2mm的鋁合金板，如果不使用填充焊絲，則板之間的間隙必須為零以獲得良好的成形。例如，如果使用φφ1.6mm的填充焊絲作為填充金屬，即使間隙增加到1.0mm，也可以確保良好的焊接形成。此外，填充焊絲還可以調(diào)整化學(xué)成分或進(jìn)行厚板多層焊接。

2.光束旋轉(zhuǎn)激光焊接頭焊接

旋轉(zhuǎn)激光束進(jìn)行焊接的方法也可以大大降低焊接元件和光束對準(zhǔn)的要求。例如，當(dāng)2mm厚的高強(qiáng)度合金鋼板對接時(shí)，對接接頭的裝配間隙允許從0.14mm增加到0.25mm;對于4mm厚的板，它從0.23mm增加到0.30mm。光束中心和焊接中心之間允許的對準(zhǔn)誤差從0.25mm增加到0.5mm。

3.激光焊接頭焊接質(zhì)量的在線檢測和控制

利用等離子體光學(xué)，聲學(xué)和電學(xué)信號檢測激光頭焊接工藝已成為近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。一些研究成果已達(dá)到閉環(huán)控制水平。

推薦閱讀《準(zhǔn)連續(xù)光纖焊接頭的穩(wěn)定性分析》