激光焊接技术的应用及发展

激光焊接技术的应用及发展（共8篇）

篇1：激光焊接技术的应用及发展

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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。

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篇2：激光焊接技术的应用及发展

先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

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先进激光焊接与电子束焊接技术发展及其应用

摘要:介绍激光焊接与电子束焊接技术的发展历史，阐明这两种焊接的发展与应用现状及未来的发展前景，论述这两种焊接工艺的特点及需进一步研究与探讨的问题，将激光焊接(LBW)与电子束焊接(EBW)进行分析，指出这两种焊接工艺的优势所在及其存在的问题。

关键词：激光焊接 电子束焊接 发展与应用

前言

焊接，作为现代重要的加工技术之一，自1882年出现碳孤焊开始，迄今己经历了100多年的发展历程，为了适应工业发展及技术进步的需要，先后产生了埋弧焊、电阻焊、电渣 悍及各种气体保护焊等一系列新的焊接方法。进入20世纪50年代后，随着焊接新工艺和新能源的开发研究，等离子弧切割与焊接、真空电子束焊接及激光焊接等高能束技术也陆续应用到各工业部门，使焊接技术达到了一个新的水平。特别是近年来，各种尖端工业的发展需求，不断提出了具有特殊性能材料的焊接问题，如高强钢、超高强钢、特种耐热耐腐蚀钢、高强不锈钢、特种合金及金属间化合物、复合材料、难熔金属及异种材料焊接等等。激光焊接技术与其它熔化焊相比独具的深宽比高，焊缝宽度小，热影响区小、变形小，焊接速度快，焊缝质量高，无气孔，可精确控制，聚焦光点小，定位精度高，易实现自动化等优点。电子束焊接具有其它熔焊方法难以比拟的优势和特殊功能:其焊接能量密度极高，容易实现金属材料的深熔透焊接、焊缝窄、深宽比大、焊缝热影响区小、焊接残余变形小、焊接工艺参数容易精确控制、重复性和稳定性好等。这两个焊接方法在各种加工制造业中得到了高度重视。激光焊接技术

激光焊接是一种新型的熔化焊接方式，是利用原子受激辐射的原理，使工作物质(激光材料)受激而产生的一种单色性好、方向性强、强度很高的激光束。聚焦后的激光束最高能量密度可达1013w/cm²，在千分之几秒甚至更短时间内将光能转换成热能，温度可达一万摄氏度以上，利用这种高能量的激光脉冲对材料进行微小区域内的局部加热，激光辐射的能量通过热传导向材料的内部扩散，将材料熔化后形成特定熔池，从而达到焊接的目的。激光焊接主要针对薄壁材料、精密零件的焊接，可实现点焊、对接焊、叠焊、密封焊等。

激光焊接中应用的激光器主要有两大类，一类是固体激光器，又称Nd: YAG激光器。Nd(钦)是一种稀土族元素，YAG代表忆铝拓榴石，晶体结构与红宝石相似。Nd: YAG激光器波长为1.06mm，主要优点是产生的光束可以通过光纤传送，因此可以省去复杂的光束传送系统，适用于柔性制造系统或远程加工，通常用于焊接精度要求比较高的工件。另一类是气体激光器，又称CO2激光器，分子气体作工作介质，产生平均为10.6mm的红外激光，可以连续工作并输出很高的功率，标准激光功率在2—5千瓦之间。1.1激光焊接的种类

激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接两大类。脉冲激光焊特别适用于对电子工业和仪表工业微形件的焊接，可以实现薄片(0.2mm以上)、薄膜(几微米到几十微米)、丝与丝(直径0.02—2mm)、密封缝焊和异种金属、异种材料的焊接，如集成电路外引线和内引线(硅片上蒸镀有的铝膜和厚铝箔间)的焊接，微波器件中速调管的担片和钥片的焊接，零点几毫米不锈钢、铜、镍、担等金属丝的对接、重迭、十字接、T字接，密封性微型继电器、石英晶体器件外壳和航空仪表零件的焊接等。连续激光焊接主要使用CO2大功率气体激光器，适合于从薄板精密焊到50mm厚板深穿入焊的各种焊接。

1.2激光焊接的特点

激光焊接与传统的熔焊工艺相比，具有的优势主要集中在以下几个方面:(1)能量密度大且放出极其迅速，在高速加工中能避免热损伤和焊接变形，可进行精密零件、热敏感性材料加工。

(2)被焊材料不易氧化，可以在大气中焊接，不需要气体保护或真空环境。

(3)激光可对绝缘材料直接焊接，对异种金属材料焊接比较容易，甚至能把金属与非金属焊接在一起。

(4)激光焊接装置不需要与被焊接工件接触。激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，还可用光导纤维将其引到难以接近的部位进行焊接。激光还可以穿过透明材料进行聚焦，因此可以焊接一般方法难以接近的接头或无法安置的接焊点，如真空管中电极的焊接。

(5)激光束不会带来任何磨损，且能长时间稳定工作。激光焊接的不足主要表现在以下两点:(1)要求焊件装配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有显著偏移。这是因为激光聚焦后光斑尺寸小，焊缝窄。如工件装配精度或光束定位精度达不到要求，很容易造成焊接缺陷。

(2)激光器及其相关系统的成本较高，一次性投资比较大。2激光焊接在加工生产中的应用

激光焊接最主要的应用领域是汽车、航空航天、船舶等加工中的焊接制造。以汽车制造为例，激光焊接己实现规模化，并且己出现了相关的自动生产线和焊接机器人。据有关资料统计，在欧美发达工业国家中，有50%—70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接和激光切割为主，激光焊接在汽车工业中己成为标准工艺。我国汽车工业界也开始重视这种先进的焊接技术，如率先使用激光焊接技术的上海大众，新近上市的多功能轿车的车身上，使用激光焊接技术的总长度达到41米。汽车工业中，激光技术主要用于车身拼焊、焊接和零件焊接。

激光用于车身面板的焊接可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。由于很少变形，也省去了二次加工。激光焊接加速了用车身冲压零件代替锻造零件的进程。采用激光焊接，可以减少搭接宽度和一些加强部件，还可以压缩车身结构件本身的体积。仅此一项车身的重量可减少50kg左右。而且激光焊接技术能保证焊点连接达到分子层面的接合，有效提高了车身的刚度和碰撞安全性，同时有效降低了车内噪声。

激光拼焊是在车身设计制造中，根据车身不同的设计和性能要求，选择不同规格的钢板，通过激光截剪和拼装技术完成车身某一部位的制造，例如前档风玻璃框架、车门内板、车身底板、中立柱等。激光拼焊具有减少零件和模具数量、减少点焊数目、优化材料用量、降低零件重量、降低成本和提高尺寸精度等好处。而激光焊接主要用于车身框架结构的焊接，例如顶盖与侧面车身的焊接，传统焊接方法的电阻点焊己经逐渐被激光焊接所代替。用激光焊接技术，工件连接之间的接合面宽度可以减少，既降低了板材使用量也提高了车体的刚度，目前己经被世界上部分生产高档轿车的大汽车制造商和领先的配件供应商所采用。

飞机制造中，它主要应用于飞机大蒙皮的拼接以及蒙皮与长析的焊接，以保证气动面的外形公差。另外在机身附件的装配中也大量使用了激光束焊接技术，如腹鳍和襟翼的翼盒，结构不再是应用内肋条骨架支撑结构和外加蒙皮完成，而是应用了先进的饭金成形技术后，采用激光焊接技术在三维空间完成焊接拼合，不仅产品质量好，生产效率高，而且工艺再现性好，减重效果明显。

珠宝首饰行业中，激光焊接可满足美观性及不同材质间焊接，己被广泛用于金银首饰补孔、点焊砂眼、焊镶口等。

激光焊接中的熔覆技术己成为模具修补的主要技术，航空业界用此技术进行航空发动机Ni基涡轮叶片耐热、耐磨层的修复。激光熔覆与其它表面改性方法相比，加热速度快、热输入少，变形极小，结合强度高，稀释率低，改性层厚度可精确控制，定域性好、可达性好、生产效率高。

其它诸如手机电池、电子元件、传感器、钟表、精密机械、通信等行业都己引入了激光焊接技术。

激光焊接由于设备投入较高，目前只是在高附加值的领域里应用较多，即使在这些领域里，激光焊接长期以来也并没有被充分利用。不过随着新的激光焊接技术和设备的研发，激光焊接正在逐渐挤进长期以来一直被传统焊接技术所占据的“领地”。3激光焊接技术的发展前景与面临的挑战

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Nd: YAG激光器的最大平均输出功率也己达到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己达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。

激光焊接技术在迅猛发展的同时，也面临着一些新的课题，其中包括:高功率低模式激光器的开发及在焊接中的应用;纳秒级短脉冲高峰值功率激光焊接过程中激光与材料的作用机制;超薄板材激光焊接工艺的优化与接头性能的检测;激光焊接时声、光、电信号的反馈控制;激光焊接过程中等离子体的产生对焊接质量的影响等等。激光焊接技术面临的这些新的挑战，有待于从事激光焊接的研究人员进行深入的探讨，同时，这些新问题的提出也预示着激光焊接技术正向着更加深化的方向发展。4电子束焊接方法

电子束焊接(EBW)是利用电子枪中阴极所产生的电子在阴阳极间的高压(25—300KV)加速电场作用下被拉出，并加速到很高的速度(0.3—0.7倍光速)，经一级或二级磁透镜聚焦后，形成密集的高速电子流，当其撞击在工件接缝处时，其动能转换为热能，使材料迅速熔化而达到焊接的目的。其实，高速电子在金属中的穿透能力非常弱，如在100KV加速电压下仅能穿透0.025mm。但电子束焊接中之所以能一次焊透甚至达数百毫米，这是因为焊接过程中一部分材料迅速蒸发，其气流强大的反作用力将熔融的底面金属液体向四周排开，露出新的底面，电子束继续作用，过程连续不断进行，最后形成一深而窄的焊缝。4.1电子束焊接的特征

由于高能量密度的电子束流集中作用的结果，使得电子束焊接熔池“小孔”形成机理与其他熔化焊有所不同。根据真空度的不同，电子束焊接可分为高真空焊接、低真空焊接和非真空焊接三种。电子束焊接过程是，高压加速装置形成的高功率电子束流，通过磁透镜会聚，492得到很小的焦点(其功率密度可达10—10W/cm)，轰击置于真空或非真空的焊件时，电子的动能迅速转变为热能，熔化金属，实现金属焊接的目的。电子束焊接的特点可概括如下:（1）电子束斑点直径小，加热功率密度大，焊接速度快，焊缝宽度狭窄，热影响区小，特别适宜于精密焊接和微型焊接;（2）可获得深宽比大的焊缝，焊接厚件时可以不开坡口一次成形;（3）多数构件是在真空条件下焊接，焊缝纯洁度局;（4）规范参数易于调节，工艺适应性强。焊接工艺参数的重复性和再现性好;（5）适于焊接多种金属材料;（6）焊接热输入低，焊接热变形小。当然电子束焊接方法也有一些不足，如:(1)电子束焊机结构复杂，控制设备精度高，所需费用高;（2）冷却过程中快速凝固，引起焊接缺陷，如气孔、焊接脆性等;（3）工件大小受真空室尺寸的限制，每次装卸工件要求重新抽真空。5电子束焊接在工业上的应用

电子束焊接正广泛应用于各种构件，如结构钢、Ti合金、Al合金、厚大截面的不锈钢和异种材料的焊接。近年来，在对各种材料电子束焊接可焊性和接头性能研究方面均获得了可喜的进展。在焊接大厚件方面，电子束一直具有得天独厚的优势。特别是在能源、重工业及航空工业中发展迅速。如在核工业大型核反应堆环形真空槽和线圈隔板的电子束焊接中，其最大焊接深度达150 mm,电子束焊接发挥其深熔焊的特点可一次焊透厚达150-200mm的钢板，且焊后不再加工就可投入使用。又如在日本PWR蒸汽发电机的安装和改造中采用的就是电子束焊接，他们采用无缺陷的焊接程序和步骤，成功地实现了不锈钢厚板的电子束焊接。

一直以来，电子束焊接在航空、航天工业中的应用居多，主要应用于飞机重要承力件和发动机转子部件的焊接上。例如，在美国近年发展的F-22战斗机机身段上，由电子束焊接的Ti合金焊缝长度达87.6 mm，厚度为6.4-25 mm。同时，电子束焊接技术作为柔性很好的工艺方法，不仅在发动机制造领域中得到了广泛应用，在涡轮叶片及热端部件修理领域也有其广阔的市场。

另外，电子束焊接在电子、仪表和生物医药工业上也起到了独特的作用。由于在这些工业中，有许多零件对焊接质量要求相当高。电子束焊接技术可以解决电子和仪表工业中许多精密零件的焊接难题，例如封装焊接、高熔点金属焊接、集中加热焊接、穿透焊接等，其焊缝质量高，工件变形小，焊接效率也高。在生物医药业中对焊缝清洁度的要求很高，采用电子束焊接可以轻松实现上述行业中各种材料的焊接，如Cu一Be合金、Ti合金、不锈钢以及陶瓷与金属的焊接等。

凭借EBB能量密度高，加热和冷却速度快的特点，采用该焊接技术可以很好地解决异种材料焊接中出现的两种材料冶金不相容和性能差异问题，因此异种材料的电子束焊接己经越来越得到人们的重视，尤其是厚大异种材料的焊接、金属和非金属材料的焊接等。特别是在航空发动机、精密仪器、刀具刃具制造方面有广泛的应用前景。

为了使电子束焊接技术获得更进一步的应用和发展，国内外学者正从以下几方面着手进行研究，即完善超高能密度电子束热源装置;掌握电子束品质过计算机及CNC控制提高设备柔性以扩大其应用领域。近年来，随着电子束焊接设备的不断改进和更新，国内外电子束焊接技术及其应用也有了长足的发展，主要内容包括:日本大阪大学研制了600KV 300KW的超高压电子束热源装置，一次焊200mm厚不锈钢时，深宽比达70: 1。欧共体采用德国阿亨大学研制的DIA BEAM系统，对电子束特性进行了定量研究，对大型壁厚80mm圆筒压力容器电子束焊的环缝起焊收尾搭接处，通过电子束焦点及焊接过程分析，找出了减少和消除圆环焊缝收尾处缺陷的方法。日本采用填丝双枪电子束薄板超高速焊接技术，得到了反面无飞溅的良好焊缝。近年英国焊接研究所采用非真空电子束焊接铜制核废料罐，取得了良好的社会和经济效益。国内有北京航空工艺所在1992年研制成功了ZD 150-15A高压电子束焊机，并用此机完成了多种航空航天发动机零部件的焊接，以及导弹壳体、汽车变截面轴、石油钻头等多种军民品。

6电子束焊接的发展趋势

综上所述，国内外开展电子束焊接技术研究的广度和深度在不断的加大，己经在焊接理论和工艺实践上取得了积极的研究成果。但由于电子束焊接过程中电子束与金属间的深穿快速物理化学冶金作用，以及当前研究分析手段上的局限性，使得焊接机理的本质研究有待进一步深入。基于电子束焊接异种材料的优越性，当前各国在异种材料的电子束焊接方面逐步扩大了异种材料之间连接的研究范围，目前航空航天用的高温结构材料及先进的新型结构材料与黑色金属、有色金属的异种材料的电子束焊接己经成为各国高度关注的研究热点。因此，针对世界电子束焊接技术的研究走向及国内研究的不足，深入开展异种材料，特别是航空航天用的高温新型结构材料的电子束焊接机理及工艺研究有着深远的现实意义和良好的应用前景。从上述电子束焊接的特征和它在工业中的应用现状，不难看出，今后电子束焊接的发展趋势可以概括为:(1)继续扩大在航空航天工业中的应用范围，并在修复领域发挥作用;(2)焊接设备将趋向多功能化和柔性化;(3)非真空电子束焊接的研究和应用将日益成为热点;(4)在厚大件和批量生产中继续发挥其独特优势;(5)电子束焊接将成为空间结构焊接的强有力工具。结语

激光焊接与电子束焊接是焊接新技术，其应用范围和焊接能力还并没有被人们完全认识，还有待于科技工作者进一步研究和开发。相信不久的将来，激光焊接与电子束焊接技术不仅会在更多的加工领域出现，而且还会成为这些领域的主流加工技术之一。

参看文献：

篇3：国外汽车工业激光焊接应用及发展

1962年, 已经有关于激光焊接应用的报道。随后, 各国学者又做了许多激光焊接的基础性研究。20世纪70年代以前, 由于高功率连续激光器尚未开发出来, 所以研究重点集中在脉冲激光焊接。随着千瓦级连续C O2激光器问世及在焊接方面取得的成功, 激光焊接的研究与应用情况在1971年和1972年发生了变化, 在大厚度不锈钢试件上进行C O2激光焊接, 形成了穿透工件的焊缝, 而且激光焊接产生的深熔焊缝与电子束焊接相似, 并清楚地表明了“匙孔”的形成。日本、德国、英国和前苏联等国的研究小组也相继报道了大功率C O2激光焊接技术的发展及其优化。由于金属对N d∶Y A G激光1.06μm波长的反射率远远低于对C O2激光10.6μm波长的反射率, 因此相对于C O2激光器来说, 使用平均功率较低的N d∶Y A G激光器进行焊接, 可获得与较高功率C O2激光器相同的焊接深度。特别是1.06μm的激光可用光纤传输, 而光纤传送系统与Nd∶YAG激光器和机器人的结合大大增加了激光加工系统的方便性与灵活性, 这种组合系统非常适合工业上的多工作台同时加工及多台机器人分时加工。

激光焊接具有以下特点:

(1) 热量输入很小, 焊缝深宽比大, 热影响区小, 工件收缩和变形很小, 无需焊后矫形。

(2) 焊缝强度高, 焊接速度快, 焊缝窄且通常表面状态好, 免去焊后清理等工作。

(3) 焊接一致性、稳定性好, 一般不加填充金属和焊剂, 并能实现部分异种材料焊接。

(4) 光束易于控制, 焊接定位精确, 易于实现自动化。

(5) 与其他焊接工艺方法比较, 激光焊接的前期投资较大。

(6) 被焊工件装配精度高, 相对而言对光束操控的精确性也有较高的要求。

目前, 从焊接方法分, 除激光传导焊、激光深熔焊、激光硬纤焊、激光软纤焊外, 又相继问世了激光双光束焊接、激光填丝焊、激光复合焊、远程激光焊接等新的焊接方法。

焊接结构也由对接接头、搭接接头扩展到角接接头、车身接头、端接接头、端-角接头等, 见图1所示。

激光焊接在国外汽车工业中的应用

目前, 国外汽车工业已安装了2500多台激光器用于加工, 仅美国通用汽车公司 (G M) 就安装了200台以上, 日本丰田汽车公司1990年前后仅从一家激光公司就购买100台3~5k W CO2激光器。至今, 国外各大汽车公司, 如通用、福特、克莱斯勒–奔驰、丰田、大众、B M W、菲亚特等, 已全部拥有自己的激光加工生产线, 且激光器数量以每年20%的速度增长。

1.白车身激光焊接

汽车工业中的在线激光焊接大量用在白车身冲压零件的装配和连接上。主要应用包括车顶盖激光焊、行李箱盖激光钎焊及车架激光焊接。

早期的车身激光焊接应用主要是车顶盖搭接焊, 目的是为减噪和适应新的更安全的车身结构设计。Volvo公司是最早开发车顶激光焊接技术的厂家。德国大众公司也相继在Audi A6、Golf4、Passat等车顶采用了此技术, 奔驰的C/S/E级车 (C-219、S-W140、S-W220、E-W221等) 、B M W公司的5系列、O p e l公司的Vectra车型等更是趋之若鹜。严格地讲, 当时的车顶焊还属于车身结构件激光焊接, 即激光焊缝不能露在车身外表面。但随着车身件制造及装配精度的提高以及用于车身表面覆盖件连接的激光钎焊技术的出现, 车顶盖激光焊接逐渐被激光钎焊所取代, 车顶激光钎焊也成为可直接在车身表面实施连接的新技术 (奔驰公司在C级车后立柱上采用了激光填丝焊接, 也属于少数车身表面焊接技术之一) 。目前德国大众汽车公司的车顶焊接几乎全部是激光钎焊, 车型包括Golf5、新Audi A6、MAGOTAN等。

车顶激光钎焊并不是最早和惟一的车身激光钎焊技术。实际上, 激光钎焊于1998年最早用在大众公司生产的Bora车身覆盖件——行李箱盖的表面连接。至今行李箱盖激光钎焊已成为车身激光焊接的一个典型应用, 广泛用在德系车上, 近年来在一些美系车上也可看到。

另一项比较重要的车身激光焊接应用, 是车身结构件 (包括车门、车身侧围框架及立柱等) 的激光焊接。采用激光焊的原因是可提高车身强度, 并可解决一些部位难以实施常规电阻点焊的难题。德国大众公司在车身结构件激光焊接方面的应用走在世界前面。

车身激光焊接在近20年有着飞速的发展。以奔驰公司为例, 1990年, 在S-140车身三个部位上有5.5m长激光焊缝, 为完成此项加工, 在线安装了两台激光器;到2007年, 在C-204车身14个部位上增加到近50m长激光焊缝, 在线安装的激光器也已达到31台。另外, 随着车身远程 (扫描) 激光焊接、车身激光复合焊接等新技术的不断出现, 车身激光焊接应用也正逐渐被以低成本著称的日、韩车系所接受, 同时在诸如Audi A8全铝车身上也有上佳表现。

2.不等厚激光拼焊板

车身制造采用不等厚激光拼焊板可减轻车身重量、减少零件数量、提高安全可靠性及降低成本。此项应用最早源于1985年Audi 100的底板拼焊, 目前已推广到世界几乎各大汽车公司。各种不等厚激光拼焊板在车身上的典型应用见图2。

采用激光拼焊板所带来的好处也显而易见。如某车型的侧围门内板采用三块板拼焊在一起, 在原材料成本不增加的前提下, 较采用单张普通板材单车可节省用材16kg, 提高了材料利用率;如果在不影响整车强度及耐蚀性的前提下, 根据需要将不同部位的材料做局部替换 (如用裸板代替镀锌板或用薄钢板代替较厚板) , 然后激光拼焊到一起, 单车可降成本13美元。

激光拼焊板正在被世界各地的新车型所接受, 激光拼焊板生产将成为一项数十亿美元的产业。

3.齿轮及传动部件焊接

20世纪80年代末, 克莱斯勒公司的K o k o m o分公司购进九台6k W CO2激光器, 用于齿轮激光焊接, 生产能力提高40%。90年代初, 美国三大汽车公司投入40多台激光器用于传动部件焊接。奔驰公司经研究利用激光焊接代替电子束焊接, 因为前者焊缝热影响区小。

美国福特汽车公司用4.7k W CO2激光器焊接车轮钢圈, 钢圈厚1mm, 焊接速度为2.5m/min。该公司还采用带有视觉系统的激光焊接机, 将六根轴与锻压出来的齿轮焊在一起, 成为轿车自动变速器的齿轮架部件, 生产率为200件/h。意大利菲亚特公司用激光焊接汽车同步齿轮, 费用只比老设备提高一倍, 生产效率却提高5~7倍。美国阿符科公司研制的H P L工业用C O2激光焊接机功率为15k W, 用于焊接汽车转动组件的两个齿轮, 焊接时间为1s, 每小时可焊1000多件。福特公司有20台5k W C O2激光焊机, 通用公司有11台14k W C O2激光焊机专门用于汽车齿轮焊接。克莱斯勒公司也有10台6~9k W CO2激光焊机从事相同的工作。汽车自动变速器驻车棘轮的材料有淬火钢、奥氏体钢和特种合金等, 通过激光焊接技术.可将这些不同成分的材料连接起来, 而且无裂纹出现。

4.非金属及对电磁性、变形或热影响有要求的汽车零件焊接

Volvo和大众公司激光焊接塑料燃油箱;许多厂家利用激光精密焊接发动机上的传感器、安全气囊元件及喷油嘴等。

激光焊接技术用于汽车工业面临的主要问题

激光焊接技术用于汽车工业也同样面临激光加工设备一次性投入较大、单位时间加工成本高的问题。除此之外, 尚有许多技术层面的问题需要研究和探索, 如工艺参数优化、先进工艺方法研究、性能预测及质量控制等方面。

1.工艺参数优化

众所周知, 激光焊接具有多参数特点, 通常情况下包括:激光波长、激光束模式 (或发散角) 、激光功率、激光偏振特性、激光脉冲频率、聚焦镜焦距、激光照射角度、焊接速度、离焦量 (或称焦点位置) 、气体保护方式、保护气种类及流量、接头间隙等激光及加工参数, 另外还包括焊接结构、焊接材料、工件厚度等工件特性和参数;如果是激光填丝焊 (或激光硬纤焊) , 激光焊接参数还应包括:焊丝直径、焊丝成分、填丝速度、填丝方向 (与焊接方向的关系) 、填丝位置 (焊丝熔化端与工件和激光焦点之间的关系) 、填丝角度;如果是激光复合焊还应包括除激光以外焊接热源 (TIG、MIG或等离子源) 的相关参数。

激光焊接多参数的特点给激光焊接带来丰富多彩的焊接结果, 同时也给研究激光焊接带来很多可变因素和新的课题。无论在开环控制还是闭环控制下, 激光焊接工艺参数优化或最佳工艺参数确定的难度和工作量都有所增加。由于汽车工业要求用于大批量生产的各种生产工艺稳定、可靠且易于控制, 因此, 如何通过筛选和有效控制最少的激光参数来达到最大控制激光焊接结果的目的, 则显得非常重要。

2.先进工艺方法研究

一辆汽车的车身和底盘由数百种以上的零件组成, 采用激光焊接可以把很多不同厚度、牌号、种类、等级的材料焊接在一起, 制成各种形状的零件, 大大提高汽车设计的灵活性。

激光焊接汽车零件 (特别是车身件) 复杂性和多样性的特点, 也为激光焊接新方法的不断涌现提供了动力和广阔的发展空间。自激光焊接首次用于汽车工业以来, 除激光传导焊、激光深熔焊、激光硬纤焊、激光软纤焊外, 又相继问世了激光双光束焊接 (L D B W) 、激光填丝焊 (L F W) 、激光复合焊 (H L W) 、远程激光焊接 (LRW) 等新的焊接方法。

每种激光焊接方法的机理、特性及对焊接结果和焊接性能的影响都需要深入的研究, 以使激光焊接加工趋于更加完美, 同时也为实际生产中激光焊接技术应用的选择和创新做必要的准备。

3.性能预测及质量控制

能够有效控制焊接质量 (形成闭环控制) 和预测焊接结果, 是焊接研究人员多年的追求。对像激光焊接这样的快速、精密焊接技术, 形成闭环控制和预测焊接结果尤为重要。

激光焊接由于采用计算机控制, 所以具有较强的灵活性和机动性, 可以对形状特殊的门板、挡板、齿轮、仪表板等零部件实施焊接, 也可以完成车顶和侧围、发动机架和散热器架等部件的装配, 如果加上光纤传输系统和机械手, 就可以进入汽车装配生产线达到自动化焊接的目的。加工中的闭环控制可使激光焊接系统几乎达到完美加工的要求;另一方面, 汽车产品质量正在迈向更高的近乎完美的水平, 也对贡献于其中的激光焊接技术尽快实现闭环控制, 提出更迫切的要求。

篇4：激光焊接技术的应用与发展研究

关键词：激光焊接；应用；发展

引言

激光焊接技术作为一种高质量、高效率的焊接方法，经过多年的发展，大致经历了脉冲激光焊接、连续激光焊接的发展历程。激光焊接技术的原理是热传导，即激光辐射加热工件表面，通过热传导使工件熔化，从而实现工件的焊接。随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的不断发展，使得激光焊接技术在机械制造、航空航天、粉末冶金、微电子行业等领域发展越来越广泛。

1.激光焊接技术的概况

激光焊接是一种新型的熔化焊接方式，它利用原子受激辐射的基本原理，当激光材料在受激后产生强度很高的激光束，通常情况下，激光束的每平方厘米的最高能量密度高达上千瓦，其转化为热能后，温度可以高达一万摄氏度。利用激光束的高能特性，可以对一些微小区域进行加热、焊接。在实践中常用的激光器主要有两大类：一类是固体激光器，又称YAG激光器，这种激光器内的主要材料是稀土元素，稀土元素的优点是产生的光束可以通过光纤传送，省去了复杂的光束传送系统，它可以应用于柔性制造或远程加工。另一类是气体激光技术，分子气体作为介质，产生的红外激光，可以连续工作，功效效率也很高，适用于高质量的焊接领域。

2.激光焊接技术的特点

激光焊接技术是焊接领域的革新，与传统的熔焊技术相比，激光焊接技术具有如下

2.1.激光焊接的激光束的能量密度比较大，在焊接过程中，通过高温快速的加速能够避免工件出现焊接变形的现象，通过激光焊接技术可以对精密零件、热敏零件进行加工。

2.2.激光焊接技术与传统的焊接技术不同，使用激光焊接技术，被焊接的材料、部位不容易出现氧化。

2.3.激光焊接技术可以对一些绝缘材料进行焊接，通过激光技术可以实现金属与非金属材料的焊接。

2.4.激光焊接技术利用的是激光束的高分子能量流，通过激光束可以实现对工件的焊接，不需要焊接装置与被焊接装置的接触。这就给激光焊接技术的应用提供了很大的便利。

虽然激光技术在应用中具有很多优势，可以实现对非金属材料的焊接，但是，在实践中，激光束的应用也存在一些不足，主要有以下两个方面；一方面激光焊接技术对装配的精度要求很高，而且要求激光束在工件上的位置不能有偏移。这是因为激光束聚焦后的半点尺寸较小，激光束的焊缝较窄，如果工件的装配精度达不到要求，这很容易产生焊接缺陷。另一方面，激光器及其相关的激光设备的体统成本比较高，激光焊接设备的一次性投资成本较大，使用激光焊接需要很大的前提投入。

3.激光焊接技术的应用

目前，激光焊接技术在各领域内不断得到推广。现阶段激光焊接技术主要应用于制造业、粉末冶金、汽车工业、航空航天工业等领域内。本文详细论述了激光焊接技术在制造业、粉末冶金领域、汽车工业领域的应用。

3.1.制造业应用

激光拼焊技术是制造业常用的应用技术。在汽车制造行业内，激光拼焊技术应用十分广泛。根据权威的数据统计，在21世纪初，全球范围内的汽车生产链条近100条，这些汽车生产链条都是采用剪裁坯板激光拼焊技术，年产轿车构建拼焊坯板数量高达7000万件，并继续以较高速度增长。而且，日本已经成功将YAG激光焊用于核反应堆的蒸汽发生器细管的维修，这是激光焊接技术在制造业的应用。

3.2.粉末冶金领域

粉末冶金材料具有特殊的性能和优点，在汽车等制造业中，粉末冶金材料的发展日益迅速，它与其他零件的链接问题日益突出，这限制了粉末冶金材料的应用。随着激光焊机技术的发展应用，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，在冶金材料领域应用激光焊接提高了焊接强度以及焊接部位的耐高温性能。

3.3.汽车工业领域

早在上个世纪80年代，奥迪、奔驰、沃尔沃等品牌汽车制造厂就采用了激光焊接技术，在90年代美国福特、克莱斯勒公司也将激光焊接技术应用到了汽车制造行业。激光焊接技术的应用，使高强钢激光焊接装配件的性能越来越高，汽车质量越来越高。激光焊接技术在汽车领域内已经被应用到变速箱齿轮、离合器、增压器轮轴等汽车零部件制造行业，已经成为汽车制造行业的标准工艺。随着激光焊接结束的应用，我国汽车工业的发展十分丰硕，且已经取得了十分丰硕的成果。

4.激光焊接的最新发展

激光焊接技术的应用，推动了各个行业的发展。近年来，科研工作者对激光焊接技术进行了不断地深化研究，激光焊接技术已经有了新的研发成果。

4.1.新型激光器的研发

现有的市场上的激光器主要有固体激光器和CO2激光器，CO2激光器的光束质量比较好，消耗的气体较少，而且运行可靠、运行费用较低，而固体激光器的使用寿命较长，但是运行费用较高。新研发的准分子激光器的单光分子能量更好，能够深入材料分子内部进行加工，在非放热效应下，材料的变形极小，可以大大提高激光焊接水平。

4.2.双焦点激光焊接技术

双焦点焊接技术是一种新的激光应用技术，使用双焦点激光焊接技术可以在被焊接材料上形成间距很小的两个焦点，通过两个焦点的叠加，提高激光光束的功率和稳定性。双焦点激光焊接技术可以提高激光焊接焊缝的深度，又可以提高激光焊接的速度，避免出现溶洞等问题，成为一种新的激光焊接技术。

5.结语

激光焊接技术是一种新的焊接技术，其在汽车工业、制造业等行业已经得到了广泛的推广。激光焊接技术的发展，将逐步取代电弧焊等传统的焊接方式，但是，由于激光焊接技术的发展尚不完善，需要我们加强激光焊接技术的研究，推动激光焊接技术的发展。

参考文献：

[1]李晓娜，许先果，边美华，激光焊接在汽车工业中的应用[J].电焊机，2006，36（4）：47-49.

[2]徐炜，李章.大功率激光焊接技术及其工业应用[J].机械工人，2005（3）：32-36

篇5：光纤激光在焊接技术中的应用

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。

篇6：珠宝首饰贸易的激光焊接技术

珠宝商在调整环有软宝石，如珊瑚，珍珠，蛋白石和许多其他的问题，是热，他们将被立即销毁从一个珠宝商的火炬。钻石，红宝石，蓝宝石，可以有一个珠宝商的火炬其实摸他们，他们不会打破。当然这总是尽量避免使用。但许多其他的石头，甚至是祖母绿，必须从环中删除，从火炬的热量可以用于焊接两部分。

这提出了进一步的问题时，石头已经挡板集。挡板的设置涉及被迫在石头推擦超过金属。这是一个单向的行动，你不能奖的金属背面，取出结石，购买后焊接已完成，取代石头和金属挡板再次推。这种金属现在毁了。

那么，如果你能留在原地的石头和切割环，然后取出一块更小的尺寸，然后焊接到一起再次使环？好吧，那只是完美，你几乎可以做激光技术。

用激光焊接机，目前售价在$30,000和$50,000之间，你可以留在原地的石头，并调整大小，然后焊接或两件融合在一起。成功，这是可以做的原因是因为激光只点点的热量。可以握在你的手环和激光焊接在一起。

激光器可用于各类金属不锈钢，钛，铂，银，金。激光焊接实际上是一个融合的两个金属部分，所以没有焊接或凌乱通量。焊接是最好的焊点强三倍。

小块可高达0.2毫米的小焊接在一起，这就是小。最白金镀铑给它白色的外观，光泽，但是当它被修复，它有镀铑再次与激光技术，但不作为的焊缝是一个非常本地化的。

对于我来说焊料2环一起并排双带将大约需要20分钟时间做焊接，我做了一些准备工作。然后我需要在一种酸浴离开它，然后去酸浴和各种其他程序，把它清理干净，所以采取了很多时间。激光焊接两件一起可能需要三，四分钟，有没有后续治疗。

篇7：激光的发展及应用

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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篇8：激光焊接技术的应用及发展

在欧美发达产业国家中, 有50%~70%的汽车零部件是用激光加工来完成的。其中主要以激光焊接和切割为主, 激光焊接在汽车产业中已成为标准工艺。在美国汽车产业中心底特律地区有40余家激光加工站, 用于汽车金属件的切割和齿轮的焊接, 使汽车的改型从5年缩短到2年。激光焊接技术的逐渐成熟使得各大汽车厂商无一例外的将激光焊接应用到了汽车生产线上。美国通用汽车公司已经采用22条激光加工生产线。2000年美国三大汽车公司已经有50%的电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。在日本, 激光焊接在生产线上成功的应用为世界所瞩目, 如在汽车车体制造中采用将薄钢板实施激光焊接后冲压成形的新方法, 现在已为世界上大多数汽车厂家所仿效。由慕尼黑展览 (上海) 有限公司主办将于3月18日拉开帷幕的“第九届国际激光加工技术研讨会”上, 通用全球研发中心的高级工程师James W. Sears先生将通过通用公司的生产型转变来展现激光技术在汽车行业应用的重要性, 英国焊接研究所的Jonathan Blackburn博士将针对激光焊接技术讲述“铝合金的选择性激光熔化技术”, 广州明珞汽车装备有限公司姜涛先生也将带来精彩的技术报告《汽车白车身落水槽激光复合焊与钎焊的对比》。