鐳射焊接是鐳射加工材料加工技術應用的重要方面之一。70年代主要用於焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過程屬於熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過熱傳導向內部擴散，通過控制雷射脈衝的寬度、能量、峰值功率和重複頻率等參數，使工件熔化，形成特定的熔池。由於鐳射焊接作為一種高品質、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率的YAG雷射器以及光纖傳輸技術的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研製成功，使其在機械製造、航空航太、汽車工業、粉末冶金、生物醫學微電子行業等領域的應用越來越廣。

目前的研究主要集中於C02鐳射和YAG鐳射焊接各種金屬材料時的理論，包括鐳射誘發的等離子體的分光、吸收、散射特性以及鐳射焊接智慧化控制、複合焊接、鐳射焊接現象及小孔行為、焊接缺陷發生機理與防止方法等，並對鎳基耐熱合金、鋁合金及鎂合金的焊接性，焊接現象建模與數值模擬，鋼鐵材料、銅、鋁合金與異種材料的連接，鐳射接頭性能評價等方面做了一定的研究[1]。

鐳射焊接原理：

鐳射焊接是將高強度的雷射光束輻射至金屬表面，通過鐳射與金屬的相互作用，金屬吸收鐳射轉化為熱能使金屬熔化後冷卻結晶形成焊接。圖1顯示在不同的輻射功率密度下熔化過程的演變階段[2]，鐳射焊接的機理有兩種：

1、熱傳導焊接 當鐳射照射在材料表面時，一部分鐳射被反射，一部分被材料吸收，將光能轉化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料深處傳遞，最後將兩焊件熔接在一起。

2、鐳射深熔焊 當功率密度比較大的雷射光束照射到材料表面時，材料吸收光能轉化為熱能，材料被加熱熔化至汽化，產生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表面時產生的反作用力下，使熔化的金屬液體向四周排擠，形成凹坑，隨著鐳射的繼續照射，凹坑穿人更深，當鐳射停止照射後，凹坑周邊的熔液回流，冷卻凝固後將兩焊件焊接在—起。

這兩種焊接機理根據實際的材料性質和焊接需要來選擇，通過調節鐳射的各焊接工藝參數得到不同的焊接機理。這兩種方式最基本的區別在於：前者熔池表面保持封閉，而後者熔池則被雷射光束穿透成孔。傳導焊對系統的擾動較小，因為雷射光束的輻射沒有穿透被焊材料，所以，在傳導焊過程中焊縫不易被氣體侵入；而深熔焊時，小孔的不斷關閉能導致氣孔。傳導焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉換，由傳導方式向小孔方式的轉變取決於施加於工件的峰值鐳射能量密度和雷射脈衝持續時間。雷射脈衝能量密度的時間依賴性能夠使鐳射焊接在鐳射與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉變，即在相互作用過程中焊縫可以先在傳導方式下形成，然後再轉變為小孔方式。

目前鐳射焊應用領域的擴大，主要應用於：

製造業應用、粉末冶金領域、汽車工業、電子工業、生物醫學、其他領域如對BT20鈦合金[22]、HEl30合金[23]、Li-ion電池[24]等鐳射焊接。

鐳射焊接的特點是被焊接工件變形極小，幾乎沒有連接間隙，焊接深度/寬度比高，因此焊接品質比傳統焊接方法高。但是，如向保證鐳射焊接的品質，也就是鐳射焊接過程監測與品質控制是一個鐳射利用領域的重要內容，包括利用電感、電容、聲波、光電等各種感測器，通過電子電腦處理，針對不同焊接物件和要求，實現諸如焊縫跟蹤、缺陷檢測、焊縫品質監測等專案，通過回饋控制調節焊接工藝參數，從而實現自動化鐳射焊接。 在鐳射焊接中，光束焦點位置是最關鍵的控制工藝參數之一，在一定鐳射功率和焊接速度下，只有焦點處於最佳位置範圍內才能獲得最大熔深和好的焊縫形狀。在實際鐳射焊接中，為了避免和減少影響焦點位置穩定性的因素，需要專門的夾緊和設備技術，這種設備的精確程度與鐳射焊接的品質高低是相輔相成的。

一、鐳射焊接的主要特性。 與其他傳統焊接技術相比，鐳射焊接的主要優點是：
1、速度快、深度大、變形小。
2、能在室溫或特殊條件下進行焊接，焊接設備裝置簡單。例如，鐳射通過電磁場，光束不會偏移；鐳射在真空、空氣及某種氣體環境中均能施焊，並能通過玻璃或對光束透明的材料進行焊接。
3、可焊接難熔材料如鈦、石英等，並能對異性材料施焊，效果良好。
4、鐳射聚焦後，功率密度高，在高功率器件焊接時，深寬比可達5：1，最高可達10：1。
5、可進行微型焊接。雷射光束經聚焦後可獲得很小的光點，且能精確定位，可應用於大批量自動化生產的微、小型工件的組焊中。
6、可焊接難以接近的部位，施行非接觸遠距離焊接，具有很大的靈活性。尤其是近幾年來， 在YAG鐳射加工技術中採用了光纖傳輸技術，使鐳射焊接技術獲得了更為廣泛的推廣和應用。
7、雷射光束易實現光束按時間與空間分光，能進行多光束同時加工及多工位加工，為更精密的焊接提供了條件。

但是，鐳射焊接也存在著一定的局限性：
1、要求焊件裝配精度高，且要求光束在工件上的位置不能有顯著偏移。這是因為鐳射聚焦後光點尺雨寸小，焊縫窄，為加填充金屬材料。若工件裝配精度或光束定位精度達不到要求，很容易造成焊接缺憾。
2、雷射器及其相關系統的成本較高，一次性投資較大。

二、鐳射焊接熱傳導。
鐳射焊接是將高強度的雷射光束輻射至金屬表面，通過鐳射與金屬的相互作用，使金屬熔化形成焊接。在鐳射與金屬的相互作用過程中，金屬熔化僅為其中一種物理現象。有時光能並非主要轉化為金屬熔化，而以其他形式表現出來，如汽化、等離子體形成等。然而，要實現良好的熔融焊接，必須使金屬熔化成為能量轉換的主要形式。為此，必須瞭解鐳射與金屬相互作用中所產生的各種物理現象以及這些物理現象與鐳射參數的關係，從而通過控制鐳射參數，使鐳射能量絕大部分轉化為金屬熔化的能量，達到焊接的目的。

三、鐳射焊接的工藝參數。
1、功率密度。
功率密度是鐳射加工中最關鍵的參數之一。採用較高的功率密度，在微秒時間範圍內，表層即可加熱至沸點，產生大量汽化。因此，高功率密度對於材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對於較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導型鐳射焊接中，功率密度在範圍在104~106W/CM2。
2、雷射脈衝波形。
雷射脈衝波形在鐳射焊接中是一個重要問題，尤其對於薄片焊接更為重要。當高強度雷射光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的鐳射能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個雷射脈衝作用期間內，金屬反射率的變化很大。
3、雷射脈衝寬度。
脈寬是脈衝鐳射焊接的重要參數之一，它既是區別於材料去除和材料熔化的重要參數，也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。
4、離焦量對焊接品質的影響。
鐳射焊接通常需要一定的離焦，因為鐳射焦點處光點中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開鐳射焦點的各平面上，功率密度分佈相對均勻。

離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。
焦平面位於工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學理論，當正負離做文章一相等時，所對應平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。實驗表明，鐳射加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬並出現問分汽化，形成市壓蒸汽，並以極高的速度噴射，發出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際應用中，當要求熔深較大時，採用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。

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