激光焊接及激光复合焊接工艺详解

激光焊接及激光复合焊接工艺详解

激光焊接及激光复合焊接技术作为现代制造业中的重要工艺，以其高效、精准的特点在多个领域得到广泛应用。本文将详细介绍激光焊接的基本原理及其在不同领域的应用，并深入探讨六种激光复合焊接技术的具体特点和优势。

一、激光焊接

激光焊接是利用激光束作为热源，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数，使工件熔化并形成特定的熔池。具体过程包括对焊接件进行点焊固定，然后进行连续激光焊接。

激光焊接可以采用连续或脉冲激光束实现，其原理可分为热传导型焊接和激光深熔焊接两种类型。当功率密度小于1010 W/cm时为热传导焊，此时熔深较浅且焊接速度较慢；而当功率密度大于1010 W/cm时，金属表面会因受热而凹陷形成"孔穴"，从而实现深熔焊，这种焊接方式具有焊接速度快、深宽比大的特点。

激光焊接技术广泛应用于汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域，显著提升了产品质量和生产效率。例如，大众汽车开发的42米无缝焊接技术，大幅提高了车身的整体性和稳定性。在家电行业，海尔集团率先推出采用激光无缝焊接技术的洗衣机，展现了激光技术在提升生活品质方面的巨大潜力。

二、激光复合焊接

激光复合焊接是将激光束焊接与MIG焊接技术相结合，以获得最佳焊接效果。这种焊接方法具有速度快、热变形小、热影响区域小等特点，同时确保了焊缝的金属结构与机械属性。

激光复合焊接技术不仅适用于汽车薄板结构件的焊接，还在多个领域展现出独特优势。例如，在混凝土泵和移动式起重机臂架的生产中，该技术能够高效处理高强度钢，避免了传统技术中需要预热等辅助工艺带来的成本增加。此外，激光复合焊接在轨道车辆制造及常规钢结构（如桥梁、油箱等）中也得到广泛应用。

在航空发动机薄壁零件制造领域，激光复合焊接技术展现出显著优势。焊接变形是影响薄壁零件质量和生产效率的关键因素之一，而采用激光复合自动化焊接工艺能够有效控制零件变形，保证焊接工艺的一致性和稳定性。

六种激光复合焊接技术

1. 高频感应复合焊接技术

高频感应复合焊接是一种非接触性环保型加热方法，通过工件内部产生的涡流电阻热进行加热。这种方法加热速度快，可实现加热区区域和深度的精确控制，特别适合于自动化材料加工过程。

2. 电弧复合焊接技术

电弧复合热源焊接方法最早由英国学者Steen在20世纪80年代提出，近年来重新受到关注。研究人员正尝试结合激光与电弧的各自优点，以实现最佳配合。

3. TIG复合焊接

TIG复合焊接具有以下特点：1）利用电弧增强激光作用，可用小功率激光器代替大功率激光器焊接金属材料；2）在焊接薄件时可实现高速焊接；3）可增加熔深，改善焊缝成形，获得优质焊接接头；4）可以缓和母材端面接口精度要求。例如，当CO2激光功率为0.8KW，TIG电弧的电流为90A，焊接速度2m/min时，可相当5KW的CO2激光焊机的焊接能力。

4. 等离子弧复合焊接

激光等离子复合焊接采用同轴方式，等离子弧由环状电极产生，激光束从等离子弧的中间穿过。等离子弧的主要功能包括：1）为激光焊接提供额外能量，提高焊接速度；2）环绕激光周围产生热处理效果，延长冷却时间，减少硬化和残余应力敏感性，改善焊缝微观组织性能。

5. MIG复合焊接

近年来的研究表明，激光－MIG复合热源焊接在中厚板焊接中具有明显优势。该方法通过调节电弧与激光的相对位置，可改善焊接适应性，提高对大间隙的适应性，改善焊缝成形。同时，输入的电弧能量能够调节冷却速度，改善微观组织。在激光与电弧相互作用下，焊接过程变得更加稳定，同时增加熔深并提高焊接速度。由于热输入相对较小，焊后变形和焊接残余应力也较小，减少了焊接装夹、定位和焊后矫形处理的时间。此外，该方法能够稳定填丝，有利于改善焊缝冶金性能和微观组织结构。

6. 双激光束焊接技术

在激光焊接过程中，由于激光功率密度大，焊接母材容易生成高温金属蒸汽和等离子体云，这会减小工件对激光的吸收并使焊接过程不稳定。双激光束焊接技术通过使用一束峰值功率较高的脉冲激光和一束连续激光，或两束脉冲宽度、重复频率和峰值功率有较大差异的脉冲激光，可以在焊接过程中周期性地形成较大深熔小孔。适时停止一束激光的照射，可以减小或消除等离子体云，改善工件对激光能量的吸收与利用，加大焊接熔深，提高焊接能力。