激光焊接前景预测

激光焊接前景预测（共6篇）

篇1：激光焊接前景预测

激光焊接前景

摘要：焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。关键词：焊接技术

关键制造工艺

激光焊接

产业化

焊接是一种将材料永久连接，并成为具有给定功能结构的制造技术。几乎所有的产品，从几十万吨巨轮到不足1克的微电子元件，在生产制造中都不同程度地应用焊接技术。焊接已经渗透到制造业的各个领域，直接影响到产品的质量、可靠性和寿命以及生产的成本、效率和市场反应速度。中国2005年钢产量达到3．49亿吨，成为世界最大的钢材生产与消费国，而焊接结构的用钢量也突破1．3亿吨，相当于美国一年的钢产量，成为世界上空前最大的焊接钢结构制造国。近几年中国完成的一些标志性工程来看，焊接技术发挥了重要作用。例如三峡水利枢纽的水电装备就是一套庞大的焊接系统，包括导水管、蜗壳、转轮、大轴、发电机机座等，其中马氏体不锈钢转轮直径10．7m高5．4m重440t，为世界最大的铸－焊结构转轮。该转轮由上冠、下环和13或15个叶片焊接而成，每个转轮的焊接需要用12t焊丝，耗时4个多月。神舟6号飞船的成功发射与回收，标志着中国航天事业的巨大进步，其中两名航天员活动的返回舱和轨道舱都是铝合金的焊接结构，而焊接接头的气密性和变形控制是焊接制造的关键。由第一重型机械集团为神华公司制造的中国第一个煤直接液化装置的加氢反应器，直径5．5m长62m厚337mm重2060t，为当今世界最大、最重的锻－焊结构加氢反应器，采用国内自主知识产权的全自动双丝窄间隙埋弧焊技术，每条环焊缝需连续焊接5天。西气东输的管线长4000km，是中国第一条高强钢（X70）大直径长输管线，所用的螺旋钢管和直缝钢管全部是板－焊形式的焊接管。2005年我国造船的总吨位达到1212万吨，占世界造船总量的17％，居于日、韩之后，稳居世界第三位，正向年产2500万吨的世界水平迈进。国内制造的30万吨超级油轮、新型5668标箱集装箱船、15万吨散装货船，以及为世界瞩目的，被称为“中华第一盾”的170舰，都是中国造船界的骄傲，船体是典型的板－焊结构。另外，上海中泸浦大桥是世界最长的全焊钢拱桥；国家大剧院的椭球型穹顶是世界最重的钢结构穹顶；奥林匹克主体育场的鸟巢式钢结构重4万多吨，也是世界之最。这些大型结构都是中国焊接制造的最大、最重、最长、最高、最厚、最新的具有代表性的重要产品。由此可见，焊接在国民经济发展和国防建设中具有非常重要的地位和作用。从“十一五”规划的二十项国家重大技术装备的研制项目可以看出，在百万千瓦级核电机组、超超临界火力发电机组成套设备、高水头超大容量水电机组、大型抽水蓄能机组、30～60万瓦级循环硫化床（CFB）锅炉的成套技术装备、百万吨级大型乙烯成套设备、百万吨级大型对苯二甲酸成套设备、大型煤制气成套设备以及大型煤矿综合采掘成套技术与装备中，焊接制造都是关键制造工艺之一。

但传统焊接已不能满足越来越高的技术要求和条件限制，激光焊接便有了很大的发展空间。

1、激光焊接原理——激光是辐射的受激发射光放大的简称，由于其独有的高亮度、高方向性、高单色性、高相干性，自诞生以来，其在工业加工中的应用十分广泛，成为未来制造系统共同的加工手段。用激光焊接加工是利用高辐射强度的激光束，激光束经过光学系统聚焦后，其激光焦点的功率密度为104~107W/cm2，加工工件置于激光焦点附近进行加热熔化，熔化现象能否产生和产生的强弱程度主要取决于激光作用材料表面的时间、功率密度和峰值功率。控制上述各参数就可利用激光进行各种不同的焊接加工。

2、激光焊接的一般特点——激光焊接是利用激光束作为热源的一种热加工工艺，它与电子束等离子束和一般机械加工相比较，具有许多优点：（1）激光束的激光焦点光斑小，功率密度高，能焊接一些高熔点、高强度的合金材料；（2）激光焊接是无接触加工，没有工具损耗和工具调换等问题。激光束能量可调，移动速度可调，可以多种焊接加工；（3）激光焊接自动化程度高，可以用计算机进行控制，焊接速度快，功效高，可方便的进行任何复杂形状的焊接；（4）激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；（5）激光可通过玻璃焊接处于真空容器内的工件及处于复杂结构内部位置的工件；（6）激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；（7）激光焊接与电子束加工相比较，不需要严格的真空设备系统，操作方便；（8）

激光焊接生产效率高，加工质量稳定可靠，经济效益和社会效益好。中国科学院力学研究所发动机科学与工程联合实验室近期在涡轮增压器异种材料激光焊接技术方面取得重要进展，优化后的激光焊接工艺为提高柴油发动机性能提供了重要支持。

目前，柴油发动机应用广泛，在国民经济发展中占据重要地位。作为柴油发动机的关键部件，涡轮增压器对于发动机动力性能的改善有显著作用，其异种材料焊接质量对整机性能有重要影响。在柴油发动机增压器中，涡轮叶片和涡轴杆的材料不同，参数有很大差异，对两者进行连接时易形成焊接裂纹，具有淬硬倾向。目前，业界多采用摩擦焊方式进行连接，但强度不高、成形精度差是摩擦焊的缺陷。激光焊接是一种新方式，它利用激光的相干性等特性，很好地解决了焊缝偏熔和未熔合的问题。与传统焊接工艺相比，优化后的激光焊接工艺在满足高焊接强度要求的同时，极大提高了焊接效率，为提高柴油发动机性能提供了重要技术支持。

中国科学院力学所发动机科学与工程联合实验室副主任虞刚认为，随着市场需求的扩大，汽车行业近年来的发展势头很好，但自主技术稀少、自主研发环境欠缺的问题始终没能解决。国内企业与跨国公司合作，很难获得核心技术。“没有核心技术以及后续的研发、改进，将会给产业发展带来不良影响。当前，一些汽车制造企业及科研机构已经开始独立研发，但„拿来主义‟的观念仍然很强，真正的自主研发成果少之又少。”

激光技术涉及材料学、力学、计算机科学等。研发是一个消耗的过程，其投入要求高，资金回收期较长。单靠企业研发，速度很难跟上，于是有一部分压力转移到国家科研机构。中国科学院下属研究所包含所有自然科学及工程研究领域，从技术上讲，是国家最有代表性的部门。虞刚说：“正是在这样的背景下，我们力学所从最基础的角度着手开始攻关。在激光异种材料焊接这个领域，国际上一直没有新进展。经过长期努力，我们力学所取得了突破性进展，领先国际水平。可以说，这是一项百分之百拥有自主知识产权的国际先进技术。”

谈到异种材料激光焊接技术的产业化前景，虞刚说，这项技术已经非常成熟，市场也有这方面的需求，其产业化潜力很大。但产业化有风险。虞刚给记者算了一笔账，如果一项基础研究只要投入1元钱，那么，将这项研究成果变成可用的技术就需要10元钱，而真正的产业化则需要100元钱。“这个比例让很多企业承受不了。国内大部分企业还不具备这种抗风险的能力，所以许多企业不愿意做。所以产业化需要强大的经济实体后盾和政策支持。参考文献：

《实用焊接手册》顾纪清 上海科学技术出版社

《现代焊接生产手册》 上海市焊接协会 上海科技(2007-05出版)《焊接技术手册》 河南科学技术出版社2004 年7月(1999-04出版)《激光原理与技术》 阎吉祥高等教育出版社 【书 号】 7040145677 个人介绍“

姓 名：孟军

性别：男

出生年月：1980.06 毕业院校：兰州理工大学

专业：机电工程学院机械制造

毕业时间：2003.06 工作单位：兰州铁路机电工厂 地址：兰州市红山东路98号 邮编：730000

篇2：激光焊接前景预测

在20世纪90年代中期，激光作为一种重工业制造工具用于造船工业。大型舰船制造方法逐渐实现由铆接到焊接的变革，焊接方法、工艺和设备也稳步发展，从早先的气焊、电弧焊，发展到激光焊。造船技术的不断发展，带动了造船材料和设计的重大变化。图1所示为造船工业中三明治夹层板的激光焊接。

图1 造船工业中“三明治”板的激光焊接

早期日本的一些船厂就使用激光切割设备获得了准确的切割尺寸和良好的切割质量，并从中受益。1992年，Vosper Thornycroft在欧洲船厂安装了第一台激光切割设备。90年代中、后期，欧洲船厂纷纷安装了用于焊接和切割的成套设备。在美国，Bender 船厂是第一家使用高功率激光切割设备的船厂。1999年Bender 使用6KW的Tanaka LMX Ⅲ激光器，在制造成本和质量上取得了巨大进步。2001年，联邦电动船部在其移动实验室安装了4KW的ESAB系统。激光切割设备在Bender的应用，引起了对发展高效激光焊接技术的关注。下面几个图为激光制造技术与系统在欧洲几个船厂的应用实例。

图2 Vosper Thornycroft船厂在欧洲最先使用激光切割设备

图3 Meyer Werft船厂采用的船板焊接头

图4 Odense船厂采用的Triagon激光焊接头

目前世界工业领域都向着低能耗、短流程方向发展，激光制造具有许多传统制造方法无法比拟的优点，世界各国都加大了对发展制造业的重视程度。但与国外相比，我国激光技术达到应用推广的还是不多，还没有发挥出应有的作用。究其原因，首先在于激光制造系统的高成本、高投入；为了更广泛的普及激光制造技术的应用，弥补高投入的问题，需要在充分认识影响激光制造技术应用关键因素的基础上，综合考虑船舶本身需求、激光加工系统的投入等因素，控制成本，寻找最佳加工条件、提高加工效率的方法，最终形成我国新一代激光制造产业链。

现代激光制造作为通用的加工手段，其前沿领域之一是应用领域的扩展，激光制造应用技术提出并解决新的问题。重点针对汽车、航天运载器、船舶和车辆等运输机械的轻型化、冶金工业和循环经济的发展趋势，实现激光制造技术在国防和重点工业领域的产业化应用。同时对激光制造系统技术提出新的要求，如激光器小型化、高转换效率与集成化等，光纤激光器和半导体激光器将得到大力发展。推动我国激光制造技术向着效率更高、能耗更低、流程更短、光束质量更高、性能更好、数字化、智能化程度更高、成本更低的方向发展，改变我国大工业用激光制造装备完全依赖进口的现状。

本文由万向联轴器 冷镦机 联合整理发布 激光技术在船舶制造中的应用又具有其独特性，这跟船舶本身的加工和应用特点以及激光制造系统的特性息息相关。目前铝合金材料逐渐成为运输机械制造的关键材料，全铝结构船显示出良好的发展前景，配合先进的激光制造技术，展示了无限发展潜力。(end)文章内容仅供参考()(2010-8-21)

篇3：激光焊接原理探析

激光焊接技术是利用激光作为热源, 它具有高功率密度, 可以获得高精密的焊接工件。激光器能发射高功率激光束, 被广泛应用于汽车制造行业中, 国外的汽车生产中对激光器的使用在以较高速度增长。其中欧洲汽车工业生产中就应用激光来焊接, 加工汽车零部件, 德国大众就在许多车型中应用了激光焊接技术, 例如汽车车顶激光焊接, 汽车后盖激光焊接。

1 激光焊接工艺

激光器现已广泛用于汽车制造业, 例如铝合金车身焊接, 激光钎焊, 汽车齿轮的激光焊接, 发动机阀的堆焊, 喷嘴焊接, 汽车车身零件的剪裁, 线圈零件的激光切割, 激光切割液压成型件, 激光打孔等。激光焊接在汽车加工过程中对激光功率、焊接速度、光斑直径、离焦量、保护气等参数要求很高。

激光功率的高低是决定焊缝熔深的主要因素, 在微秒级的时间里, 高功率激光就可以使表层加热直至沸点, 在工件表面产生大量气化现象。如果是在毫秒级时间内, 低功率激光使工件表层温度达到沸点, 在工件表层气化前, 工件底层的温度就达到了熔点, 易形成良好的熔融焊接。焊接时激光焦点上的功率密度必须大于106W/cm2, 要提高功率密度或者提高激光功率, 或者减小光斑直径, 但是如果增大激光的功率, 就会使熔池的温度很高, 焊缝的熔宽增大, 同时热影响区域也增大, 大大增加了焊料在焊接过程中的飞溅, 使工件上的焊接镜受到污染。

焊接工艺同时受到焊接速度的影响, 如果提高焊接速度, 则光源的热输入量就会下降, 焊件上的熔深深度就会减小, 就很难形成深熔小孔, 在实际操作中如果熔深达到一定直时, 则熔深就不会发生变化了。当激光为脉冲激光时, 焊接速度还要受到脉冲频率和熔斑重叠度的影响, 要获得更小的光斑, 就必须低阶模聚焦, 减小激光发散角也可以获得较小的光斑。

离焦量也影响着焊接工艺, 它是加工工件表面距离焦点的距离, 当工件表面在焦点以内时, 离焦量为负值, 当工件表面在焦点以外时, 离焦量为正值, 加工工件表面光斑的大小程度受到离焦量的影响, 热源的激光功率密度分布也受到离焦量的影响, 而且离焦量也影响激光光束的入射方向, 对焊件的焊缝形状产生影响, 焊缝的熔深和焊缝的横截面积都有很大的影响。

保护气体的选择也有很重要的作用, 激光焊接工艺在传统上采用Ar, N2, He三种保护气, 而如果在焊接过程中采用惰性气体保护气, 由于惰性气体质量较轻而逸出, 生产中不致产成气孔, 所以, 在加工工件时采用混合气体保护气。保护气的作用是在激光焊接时保护焊缝金属不受有害气体的侵袭, 焊接过程中的等离子体得到有效控制。

2 激光焊接的特性

激光焊接有很多优点, 传统的焊接 (电弧焊, 电阻焊) 的热源就远不如激光焊接。激光焊接质量高, 焊接速度快, 焊缝深度大, 工件表面形变量小, 在加工过程中不需要接触工件, 就可以直接进行加工。激光焊接不仅能焊接一般材料, 对那些熔点高, 强度高的合金材料也能焊接。激光光速聚焦后, 虽然光束能量密度很高, 但是对没有被激光照射的部位不产生影响, 对工件的热影响区域较小。不仅能在室温下焊接, 而且还能在特殊条件下焊接, 虽然焊接设备简单, 但是有很大的灵活性, 可以对非接触区域焊接。激光器与机器人连接, 实现自动化控制, 自动化程度很高, 调节激光束导向和聚焦, 变换传播方向, 可以对比较复杂的工件进行加工, 加工方法更为灵活。还可以进行拼焊, 将两个或者多个工件进行拼接, 也可以拼接不同类型和不同厚度的工件, 这样就可以减小工件材料的重量, 节约材料。在激光焊接过程中不受磁场的影响, 对加工材料是否导电不加以限制, 加工时也不需要真空操作。最重要的是在实际生产中可以提高生产效率, 提高加工质量, 提高经济效益, 节约国家能源。

3 激光焊接的局限性

在实际的焊接加工中, 往往也会出现焊接缺陷, 如果焊接下料选择不当, 焊接环境恶劣, 焊接条件不符合要求, 则焊接缺陷就会产生。

(1) 实际的焊接生产时会产生裂纹, 产生原因是由于焊料材质不同, 选择工艺参数时不符合加工标准。

(2) 如果焊接过程中装备的精度不高, 则激光光束照射到工件上的位置会有显著的偏移。

(3) 激光焊接过程中产生外观上的缺陷, 如咬边, 内凹和下陷, 焊缝高低不平, 加强高过高等。

(4) 焊接时会有气孔产生, 是由于保护气体和空气的卷入而产生的。

(5) 焊接系统中的激光器及其体部件的经济成本较高, 能量转换效率较低, 成本过高。

(6) 设备维修和使用期间存在触电危险, 因此应注意生产操作安全, 避免电击, 造成人身伤亡。

4 激光焊接原理

激光焊接原理是将高功率密度的激光束聚焦后照射到生产工件的金属表面, 高强度的激光被金属表面吸收, 与工件表面的金属相互作用, 使之产生热能, 工件表面得金属被激光融化后又经历冷却阶段, 冷却后焊料与焊件结晶后形成焊接。

按照激光焊接机理的不同, 把激光焊接分为两种:热传导焊和激光深熔焊。

4.1 热传导焊的机理。

用高功率激光器照射焊接金属表面, 照射到表面的激光被反射和吸收, 能量发生了转化, 光能转化成了热能, 大量热能将焊件表面融化, 由于金属具有热传导性, 它把这些热能传递出去, 逐步将焊件融化, 最终使两个焊接工件结合在一起。它的特点是焊接熔池表面封闭, 不影响其它区域, 在焊接过程中激光束并没有穿透整体焊件, 只在表面进行焊接, 同时焊件的焊缝处不容易被气体侵入。

4.2 激光深熔焊的机理。

在理论上激光深熔焊前期跟热传导焊类似, 也是将大功率密度的激光的能量转化成热能, 焊接材料被融化, 但是融化到气化程度, 则会在焊件表面产生金属蒸汽, 在其反作用力的影响下, 已经融化的金属液体就会向材料表面的四周排挤, 同时就在焊件表面上形成了凹陷, 随着照射时间的增加, 凹陷继续加深, 当停止照射后, 被排挤出去的溶液就会又回流到凹陷内, 等到溶液冷却后, 两个焊件就会很好的焊接到一起了。这种焊接的特点是焊件表面的熔池被穿成了小孔, 从而导致小孔不能关闭, 进而产生了气孔, 但是在一些情况下这两种焊接机理也可以互相转化。在实际生产实践中, 有时并不区别到底是哪种焊接机理。

5 结语

激光焊接的应用日趋广泛, 是与其优异性能分不开的, 今年来激光焊接技术稳步提高, 日益成熟, 越来越受到人们的关注。在汽车生产行业中, 汽车车身焊接中, 汽车后厢盖焊接中, 激光焊接技术应用很广泛, 提高生产效率, 提高经济效益。符合国家提倡的低能耗, 短流程, 高效率的发展趋势。

摘要：介绍了激光焊接工艺, 激光焊接的优点和局限性, 激光焊接原理。

关键词：激光器,激光焊接

参考文献

[1]易树平.激光焊接在车体制造中的应用.中国机械工程, 1994 (5)

[2]张旭东.CO2激光2M I G同轴复合焊方法及铝合金焊接的研究.应用激光, 2005 (2)

[3]胡强.不锈钢的激光焊接.电焊机, 2002 (6)

[4]林志.YAG激光焊接Be/Al合金的结晶组织分析.北京科技大学学报, 2003 (10)

[5]胡伦骥.汽车板激光焊工艺研究.钢铁研究, 1995 (5)

篇4：探讨激光焊接技术

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.

篇5：水下激光焊接技术的应用

海洋工程结构因常年在海上工作，其工作环境极为恶劣，除受到结构的工作载荷外，还要承受风暴、波浪、潮流引起的附加载荷以及海水腐蚀、砂流的磨蚀、地震或寒冷地区冰流的侵袭。此外，石油天然气的易燃易爆性对结构也存在威胁。而且海洋结构的主要部分在水下，服役后焊接接头的检查和修补很困难，费用也高，一旦发生重大结构损伤或倾覆事故，将造成生命财产的严重损失。所以对海洋工程结构的设计制造、材料选择以及焊接施工等都有严格的质量要求。而随着海洋石油和天然气工业的发展,海洋管道工程日益向深海挺进,我国作为一个发展中的沿海大国,国民经济要持续发展,就必须把海洋的开发和保护作为一项长期的战略任务。大量的海底管道施工工程对水下焊接技术提出了新的要求。

水下焊接由于水的存在，使焊接过程变得更加复杂，并且会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，目前，世界各国正在应用和研究的水下焊接方法种类繁多，应用较成熟的是电弧焊。随着水下焊接技术的发展，除了常用的湿法水下焊接、局部干法水下焊接和干法水下焊接以外，又出现了一些新的水下焊接方法。但是，从各国海洋开发的前景来看，水下焊接的研究远远不能适应形势发展的需要。因此，加强这方面的研究，无论是对现在或将来，都将是一项非常有意义的工作。

湿法水下焊接

湿法焊接中，水下焊接的基本问题表现最为突出。因此采用这类方法难以得到质量好的焊接接头，尤其在重要的应用场合，湿法焊接的质量难以令人满意。但由于湿法水下焊接具有设备简单、成本低廉、操作灵活、适应性强等优点。所以，近年来各国对这种方法仍在继续进行研究，特别是涂药焊条和手工电弧焊，在今后一段时期还会得到进一步的应用。在焊条方面，比较先进的有英国Hydroweld公司发展的Hydroweld FS水下焊条，美国的专利水下焊条7018’S 焊条，以及德国Hanover大学基于渣气联合保护对熔滴过渡的影响和保护机理所开发的双层自保护药芯焊条。美国的Stephen Liu等人在焊条药皮中加入锰、钛、硼和稀土元素，改善了焊接过程中的焊接性能，细化了焊缝微观组织。水下焊条的发展促进了湿法水下焊接技术的应用。目前，在国、内外都有采用水下湿法焊条电弧焊技术进行水下焊接施工的范例。

药芯焊丝的出现和发展适应了焊接生产向高效率、低成本、高质量、自动化和智能化方向发展的趋势。英国TWI与乌克兰巴顿研究所成功开发了一套水下湿法药芯焊丝焊接的送丝结构、控制系统及其焊接工艺。华南理工大学机电工程系刘桑、钟继光等人开发了一种药芯焊丝微型排水罩水下焊接方法，从实用经济的角度出发,完全依靠焊接时自身所产生的气体以及水汽化产生的水蒸气排开水而形成一个稳定的局部无水区域,使得电弧能在其中稳定的燃烧。微型排水罩的尺寸和结构决定了焊接过程中无水区(局部排水区)的大小和稳定程度。除此之外，他们还通过复合滤光技术和水下CCD摄像系统，采集出了药芯焊丝水下焊接电弧区域图像，从而为水下湿法焊接电弧的机理分析及水下焊接过程控制奠定了基础。

篇6：激光焊接前景预测

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。

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