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汽车工业中的激光焊接技术

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4期2010年8月

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4期2010年8月

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汽车工业中的激光焊接技术

燕来荣

1.激光焊接技术的特点及应用领域

世界上第一个激光器的成功演示在40多年前，在今天，激光科学技术蓬勃发展，其作用远远超出了其发明初期人们原有的预想。激光技术的应用目前遍及科技、经济、军事和社会的许多领域。汽车工业是激光加工重要的应用领域，占激光加工15%的份额。激光焊接、激光切割、激光标记、激光打孔都有着广泛的应用。

激光焊接技术在制造领域的应用稳步增长，由脉冲到连续，由小功率到大功率，由薄板到厚件，由简单单缝到复杂形状，激光焊接在不断的演化过程中已经逐步成为一种成熟的现代加工工艺技术。激光(受激辐射光)最基本的特点就是：单色性、方向性、相关性，这些独特性质加上由此而来的超高亮度，超短脉冲等性质使它已经紧紧的和现代工业结合在一起，这些特质非常适合焊接加工。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。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；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；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；激光焊接热影响区小，材料变形小，无需后续工序处理；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；激光束易于导向、聚焦，实现各方向变换；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；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。

激光器一般按产生激光的工作物质不同来分类，主要有半导体(GaAs,InP等)激光器、固体(Nd:YAG等)激光器、气体(CO2、He-Ne等)激光器、液体(可调谐染料等)激光器、化学激光器、自由电子激

光器等。其中气体激光器以气体或金属蒸汽为发光

粒子，它是目前种类最多，激励方式最多样化，激光波长分布区域最宽，容易实现大功率连续输出，应用最广泛的一类激光器。固体激光器是将产生激光的粒子掺于固体基质，其浓度比气体大，因而可以获得比较大的激光能量输出，具有能量大，峰值功率高，机构紧凑，牢固耐用等特点，在激光焊接中主要就采用这两种受激物质的激光器。

激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接，在连续焊接中又可分为热传导焊接和深穿透焊接，随着激光输出功率的提高，特别是高功率CO2激光器的出现，激光深穿透技术在国内外都得到了迅速发展，最大的焊接深宽比已经达到了12∶1，激光焊接材

料也由一般低碳钢发展到了今天的焊接镀锌板、铝

板、钛板、铜板和陶瓷材料，激光焊接速度也达到了每分钟几十米，激光焊接技术日益成熟，并大量应用到生产线上，在汽车生产线上如齿轮焊接，汽车底板及结构件(包括车门车身)的高速拼焊并已取得了巨大的经济和社会效益。

在激光应用技术的各个领域中，激光性能的发展趋势是在不断地提高，这种发展趋势可以增大激光的功率和提高激光的射束质量，借助于新的激光

器

件外壳，也需要很大的机器，同时需要复杂的外部冷却系统，因此需要占用很大的工厂空间，这无疑会导致较高的投资费用，而且那时的焊接设备习惯使用Nd：YAG固态激光器。虽然后来二极管激光器的成功应用逐渐取代了这种固态激光器，但这些二极管激光器的质保时间通常不足3000h，仍然无法和固态激光器竞争。随着新型的二极激光器的研制成

功，它们几乎都是免维护的，而且预期寿命可高达

20000h，因此成功地替代了固态激光器成为厂商的首选。现在的激光焊接系统其结构简洁紧凑，标准的系统可处理最大240mm×240mm的工件，而且聚焦直径小于1.5mm。此外，还可选用各种过程监测手段。

看到二极管激光技术的巨