激光焊接是將具有優(yōu)異的方向性、高亮度、高強(qiáng)度、高單色性、高相干性等特點(diǎn)的激光束輻射至加工工件表面區(qū)域內(nèi)，激光束經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)聚焦后，其激光焦點(diǎn)的功率密度為104-107W/cm2，通過激光與被焊物的相互作用，在極短的時(shí)間內(nèi)使被焊處形成一個(gè)能高度集中的熱源區(qū)，熱能使被焊物區(qū)域熔化后冷卻結(jié)晶形成牢固的焊點(diǎn)和焊縫。根據(jù)所用激光器及其工作方式的不同，常用的激光焊接方式有兩種，一種是脈沖激光焊，主要用于單點(diǎn)固定連續(xù)和簿件材料的焊接，焊接時(shí)形成一個(gè)個(gè)圓形焊點(diǎn)；另一種為連續(xù)激光焊，主要用于大厚件的焊接和切割，焊接過程中形成一條連續(xù)焊縫。就一般而論，焊接材料的選擇、激光焊接機(jī)的選擇，加工工作臺(tái)的選擇，是影響激光焊接效果的主要因素。而對(duì)于焊接過程中熔化現(xiàn)象能否產(chǎn)生和產(chǎn)生的強(qiáng)弱程度則主要取決于激光作用材料表面的時(shí)間、功率密度和峰值功率，控制好上述各參數(shù)就可利用激光進(jìn)行各種不同的焊接加工。激光焊接中，光束焦點(diǎn)位置是最關(guān)鍵的控制工藝參數(shù)之一，在一定激光功率和焊接速度下，只有焦點(diǎn)處于最佳位置范圍內(nèi)才能獲得最大熔深和好的焊縫形狀。 

　　一、激光焊接的主要特性 

　　與其他傳統(tǒng)的焊接技術(shù)相比，激光焊接具有如下的優(yōu)點(diǎn)： 

　　1、激光焊接屬非接觸式焊接，作業(yè)過程不需加壓，焊接速度快、功效高、深度大、殘余應(yīng)力和變形小，能在室溫或特殊條件下(如封閉的空間)進(jìn)行焊接，焊接設(shè)備裝置簡單，不產(chǎn)生X射線。 

　　2、可焊接如高熔點(diǎn)金屬的難熔材料，甚至可用于如陶瓷、有機(jī)玻璃等非金屬材料的焊接，對(duì)異形材料施焊，效果良好，且具有很大的靈活性，可對(duì)于焊接難以接近的部位施行非接觸遠(yuǎn)距離焊接。 

　　3、激光束經(jīng)聚焦可獲得很小的光斑，由于不受磁場(chǎng)影響且能精確定位，因此，可進(jìn)行微型焊接，適用于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)的微、小型工件的組焊中。 

　　4、激光束易實(shí)現(xiàn)光束按時(shí)間與空間分光，可以切換裝置將激光束傳送舉多個(gè)工作站，因此，能進(jìn)行多光束同時(shí)加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。 

　　5、激光焊接因?qū)贌o接觸加工，沒有工具損耗和工具調(diào)換等問題，同時(shí)，其不需使用電極，因此沒有電極污染或受損的顧慮，且易于以自動(dòng)化進(jìn)行高速焊接。亦可以數(shù)位或電腦控制。然而，激光焊接也存在著一定的局限性： 

　　首先，激光器及其相關(guān)系統(tǒng)的成本較高，一次性設(shè)備投資較大。 

　　其次，在焊接過程中，要求焊接裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。 

　　另外，焊接厚度比電子束焊小，焊接一些高反射率的金屬還比較困難。 

　　二、激光焊接的工藝方法 

　　1、片與片間的焊接。一般采用手動(dòng)焊接和自動(dòng)化焊接，其包括對(duì)焊、端焊、中心穿透熔化焊、中心穿孔熔化焊等四種工藝方法。 

　　2、絲與絲的焊接。一般采用手動(dòng)焊接和半自動(dòng)焊接，其包括絲與絲對(duì)焊、交叉焊、平行搭接焊、T型焊等四種工藝方法。 

　　3、金屬絲與塊狀元件的焊接。采用激光焊接可以成功地實(shí)現(xiàn)金屬絲與塊狀元件的連接，塊狀元件的尺寸可以任意。在焊接中應(yīng)注意絲狀元件的幾何尺寸。 

4、不同金屬的焊接。焊接不同類型的金屬要解決可焊性與可焊參數(shù)范圍，不同材料之間的激光焊接只有某些特定的材料組合才有可能。 

　　5、塊狀物件補(bǔ)焊。采用激光將激光焊絲熔化沉積到基材上，一般適合模具等產(chǎn)品的修補(bǔ)。 

　　三、影響激光焊接機(jī)質(zhì)量參數(shù)包括： 

　　1.激光脈沖的能量 

　　激光脈沖的能量：是指單個(gè)激光脈沖能最大輸出的能量，單位是J（焦耳）。這是激光器的一個(gè)主要參數(shù)，它決定了激光器所能產(chǎn)生的最大能量，按照模具修復(fù)的用途來說，激光能量在70J以下已經(jīng)能滿足任何場(chǎng)合的需要了，再大的能量也是白費(fèi)，或根本用不上，而且?guī)砑す怆娫大w積和散熱器體積的不斷增大，降低了電源的使用效率。 

　　2.激光束光斑直徑 

　　激光光斑聚焦直徑：這是反映激光器設(shè)計(jì)性能的一個(gè)極為重要的參數(shù)，單位是（mm），它決定了激光的功率密度和加工范圍。如果激光器的光學(xué)設(shè)計(jì)合理先進(jìn)，激光能量集中，聚焦準(zhǔn)確，能把激光光斑直徑控制在0.2mm-2mm的范圍，而能否把激光的聚焦直徑控制在 0.2mm是對(duì)激光發(fā)生器的一個(gè)嚴(yán)格的考驗(yàn)。國內(nèi)一般設(shè)計(jì)的激光器，由于只想降低成本，因此，激光的器件加工簡陋，設(shè)計(jì)并不嚴(yán)謹(jǐn)，激光在諧振腔里發(fā)散嚴(yán)重，導(dǎo)致難以準(zhǔn)確聚焦，其激光器輸出的激光光斑直徑根本達(dá)不到標(biāo)稱的0.2mm，而只能最小達(dá)到0.5mm，而由于激光的發(fā)散，令輸出的激光束不能呈規(guī)則的圓形，這就造成了激光實(shí)際照射區(qū)域過大，出現(xiàn)燒蝕焊縫的現(xiàn)象，即在焊縫的兩端出現(xiàn)不必要的激光照射而令焊縫兩端呈現(xiàn)凹陷，這種現(xiàn)象對(duì)于修補(bǔ)已經(jīng)拋光的模具影響尤為嚴(yán)重，有時(shí)甚至?xí)钅＞邎?bào)廢。同普公司的激光器設(shè)計(jì)精良，選料嚴(yán)格，精心調(diào)試，使其激光器輸出的光束光斑直徑能進(jìn)行精密的監(jiān)控，使聚焦光斑的大小最小能達(dá)到0.2mm，并能在0.2mm和2mm的范圍里進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，達(dá)到國際的先進(jìn)水平。 

　　3.激光脈沖的頻率 

　　激光脈沖的頻率：這是反映激光器在一秒內(nèi)能打出多少個(gè)脈沖的能力，單位是（Hz）。首先需要說明的是，焊接金屬是使用激光的的能量，而在激光功率恒定的情況下，頻率越高，每個(gè)激光輸出的能量就越小，因此，我們需要在保證激光的能量足夠熔化金屬的情況下，考慮加工的速度，才能定出激光的輸出頻率。在激光修補(bǔ)磨具的場(chǎng)合，15Hz已經(jīng)能滿足焊接的需要了，過高的頻率勢(shì)必造成激光的脈沖能量過低，從而造成焊接失敗。 

　　4.激光的脈沖波形及被焊材料的相對(duì)光吸收率 

　　激光的脈沖波形：對(duì)于采用脈沖激光進(jìn)行焊接的加工，激光脈沖波形在脈沖激光焊接中是一個(gè)重要的問題。當(dāng)高強(qiáng)度的激光入射至材料的表面時(shí)，金屬表面會(huì)將60%~98%的激光能量反射掉，且反射率隨表面溫度變化。因此，不同的金屬對(duì)于激光的反射率和激光的利用率都不一樣，要進(jìn)行有效的焊接就必須輸入不同波形的激光，這樣焊縫處的金屬組織才能在最佳的方式結(jié)晶，形成與基體金屬一致的組織，才能形成高質(zhì)量的焊縫。國內(nèi)一般的機(jī)器都采用廉價(jià)的單波形激光電源，因此，其焊接的柔性較低，難以適應(yīng)多種模具材料的焊接，并且經(jīng)常要進(jìn)行返工，大大浪費(fèi)了焊接材料的時(shí)間，并可能造成模具的報(bào)廢。不同的金屬材料表面對(duì)激光的反射和吸收程度差別很大，而同一束激光對(duì)不同的金屬會(huì)產(chǎn)生不同的焊接效果，并影響其熔深、焊接速度、結(jié)晶速度和硬度，因此單一的矩形波焊接并不能解決不同的模具金屬焊接的要求。 

5.節(jié)制特征：反饋節(jié)制方法、功率波形的抉擇 

　　在抉擇激光功率波形時(shí)，一般來說，在輸入雷同的激光能量的條件下，脈寬越寬，焊斑越大；激光功率波形峰值功率越高，焊斑越深。 

　　四、激光焊接的質(zhì)量控制 

　　隨著激光的發(fā)展，激光焊接技術(shù)日益趨于成熟。然而，在實(shí)際焊接生產(chǎn)過程中，也會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而產(chǎn)生各樣的問題。如何辨別問題出現(xiàn)的原因，如何解決質(zhì)量問題的出現(xiàn)，這是生產(chǎn)工藝管理過程中非常重要的一環(huán)。 

　　首先，要對(duì)焊接品質(zhì)進(jìn)行檢查焊接品質(zhì)的檢查。一般有目視檢驗(yàn)和破壞性檢驗(yàn)兩種方法。目視檢驗(yàn)顧名思義，是工作人員根據(jù)自己豐富的工作經(jīng)驗(yàn)來判定焊接產(chǎn)品是否合格，但若憑此檢驗(yàn)就下結(jié)論，還不充分，這就需要進(jìn)行破壞性檢驗(yàn)，即撕開焊接母材進(jìn)行確認(rèn)。另外，也可利用拉伸儀進(jìn)行拉伸強(qiáng)度的檢驗(yàn)。 

　　其次，根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行原因分析。一般來說，若出現(xiàn)焊接加工不良，可能材料有問題，需要在檢查材料質(zhì)量后更換材料或改變激光焊接機(jī)波形設(shè)定工藝條件進(jìn)行解決；若所焊接產(chǎn)品的同一部位連續(xù)出現(xiàn)焊接不良，很可能是工作臺(tái)和夾具有問題；若偶爾有焊穿和虛焊現(xiàn)象，可以檢查焊接機(jī)的能量穩(wěn)定性或工作臺(tái)及夾具是否存在問題。 

　　再次，加強(qiáng)焊接品質(zhì)保證管理。在焊接過程中，一要經(jīng)常用壓力測(cè)試儀對(duì)焊接壓力進(jìn)行測(cè)試，以使壓力保持不變，同時(shí)，要經(jīng)常對(duì)焊接機(jī)頭的動(dòng)作狀況進(jìn)行檢查；二要加強(qiáng)對(duì)電流的監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)電源電壓的波動(dòng)、焊接機(jī)超載運(yùn)作而引起的過熱使電流輸出減少、工件接觸不良導(dǎo)致電流減少、焊接機(jī)性能不良等問題；三要考慮工件厚度、鍍層厚度、金屬成分等的變化，避免焊接不良品的出現(xiàn)。 

　　五、激光焊接的注意事項(xiàng) 

　　激光同一般的光一樣具有生物效應(yīng)(熟效應(yīng)、光效應(yīng)、壓力效應(yīng)以及電磁場(chǎng)效應(yīng))，這種生物效益在給人類帶來益處的同時(shí)，若無防護(hù)或防護(hù)不好也會(huì)對(duì)如眼睛、皮膚以及神經(jīng)系統(tǒng)等人體組織造成直接或間接的損害。為了確保激光焊接時(shí)的安全與防護(hù)，必須對(duì)激光危害嚴(yán)加控制，做好工程控制、個(gè)人防護(hù)及安全管理。 

　　1、工程控制 

　　工程控制是指對(duì)激光器或激光加工系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上所采取的安全措施，主要包括：防護(hù)罩——用以防止工作人員接受超過最大允許照射量；安全連鎖——指與防護(hù)罩相連的、在移開防護(hù)罩時(shí)可避免輻射的自動(dòng)裝置；安全光路——對(duì)輻照可能引起燃燒或次級(jí)輻射的光路予以封閉；鑰匙開關(guān)——泛指取下鑰匙時(shí)，激光器轉(zhuǎn)；光束終止——為了使激光束不超越受控的加工作業(yè)區(qū)，可使用光束終止器或衰減器。 

2、個(gè)人防護(hù) 

　　主要指穿戴耐火、耐熱的激光防護(hù)服，配戴能夠選擇性地衰減特定激光波長的激光防護(hù)眼鏡、配戴用于紫外激光源的激光防護(hù)面罩、配戴可避免直射或散射激光造成損害的激光防護(hù)手套。 

　　3、安全管理 

　　安全管理主要包括設(shè)置專門機(jī)構(gòu)或人員，明確職責(zé)、權(quán)利：包括安全培訓(xùn)以及醫(yī)學(xué)監(jiān)督等。