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摘要：激光焊接技术是一种先进的焊接技术，由于激光焊接技术自身的优点，加之近年来不断发展和创新，激光焊接正在逐渐取代传统的焊接技术。本文对通过从激光焊接的性质、种类、特点、优缺点及应用现状的分析，较全面地介绍对这种先进焊接技术。
关键词：激光焊接技术 种类 特点 方法应用
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光指在能量相应于两个能级能量差的光子作用下，诱导在高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。其产生的基本条件包括泵浦源、激活介质和谐振腔等。激光具有方向性好、单色性好、相干性好和光脉冲可以极窄的特点。
激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一。激光焊接技术的发展历经了固体受激物质→气体受激物质→固体受激物质、脉冲激光焊接→连续激光焊接、低功率→高功率、薄板→厚件、低速→高速、低频→高频及低效→高效的历史。激光焊接技术以其独具的深宽比高，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，在各种加工制造业中得到了高度重视。
1 激光焊接技术
激光焊接是以高功率聚焦的激光束为热源，熔化材料形成焊接接头的高精度高效率焊接方法。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，当高强度激光束照射在材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化，從而达到焊接的目的。一般要根据金属材料的光学性质（如反射和吸收）和热学性质（如熔点、热传导率、热扩散率、熔化潜热等）来决定所使用的激光的功率密度和脉宽等，对普通金属来说，光强吸收系数大约在105～109cm-1数量级。如果激光的功率密度为105～109瓦/cm2，则在金属表面的穿透深度为微米数量级。为避免焊接时产生金属飞溅或陷坑，要控制激光功率密度，使金属表面温度维持在沸点附近。对一般金属，激光功率密度常取105～106瓦/cm2左右。
1.1激光焊接技术的种类
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（012mm以上）、薄膜（几微米到几十微米）、丝与丝（直径0102）012mm）、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118Lm的铝膜和50Lm厚铝箔间）的焊接，微波器件中速调管的钽片和钼片的焊接，零点几毫米不锈钢、铜、镍、钽等金属丝的对接、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大功率CO2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激光焊接技术的特点
激光焊接技术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。
1.3激光焊接技术不足之处
激光焊接也存在不足，包括激光器及用于激光束传导和聚集的附属系统成本过高，操作成本也很高，特别是需要大量昂贵保护气体（如氦等）的应用场合。激光束的紧密聚集、热量向工件的有效传递以及狭小的热影响区等优点，也带来了接头装配的难题，很小的组装偏差就会导致焊接条件较大的变化，甚至很窄的间隙（≤0.1mm）也能引起激光辐射耦合的缺陷和热效率的降低。高反射率材料（如铝、铜等）的激光焊接，如要减少反射，则需要仔细优化激光辐射的条件，必要时还需采用涂层材料。同时，这些金属的热导率较大，在焊接启动时应使用较高的激光能量密度，这有时会导致激光反射回激光器，从而引起光学元件的损坏。构件在焊接过程中的装配偏差也可能引起激光束具有危险性的反射。
2 技工焊接技术应用领域
2.1制造业应用
激光拼焊（Tailored Bland Laser Welding）技术在国外轿车制造中得到广泛的应用，据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条，年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。日本以CO2激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，无法熔焊，但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功，显示了激光焊的广阔前途。日本还在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修等，在国内苏宝蓉等还进行了齿轮的激光焊接技术。
2.2粉末冶金领域
随着科学技术的不断发展，许多工业技术上对材料特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。
2.3汽车工业
20世纪80年代后期，千瓦级激光成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。意大利菲亚特在大多数钢板组件的焊接装配中采用了激光焊接，日本的日产、本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺，高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用得越来越多，根据美国金属市场统计，至2002年底，激光焊接钢结构的消耗将达到70000t比1998年增加3倍。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点，激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在工艺方面美国Sandia国家实验室与PrattWitney联合进行在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究，德国不莱梅应用光束技术研究所在使用激光焊接铝合金车身骨架方面进行了大量的研究，认为在焊缝中添加填充余属有助于消除热裂纹，提高焊接速度，解决公差问题，开发的生产线已在奔驰公司的工厂投入生产。
2.4电子工业
激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。
2.5其他领域
在其他行业中，激光焊接也逐渐增加特别是在特种材料焊接中国内进行了许多研究，如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接，德国玻璃机械制造商GlamacoCoswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。
关键词：激光焊接技术 种类 特点 方法应用
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明。激光指在能量相应于两个能级能量差的光子作用下，诱导在高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出相同能量的光子。其产生的基本条件包括泵浦源、激活介质和谐振腔等。激光具有方向性好、单色性好、相干性好和光脉冲可以极窄的特点。
激光焊接是激光加工技术应用的重要方面之一。激光焊接技术的发展历经了固体受激物质→气体受激物质→固体受激物质、脉冲激光焊接→连续激光焊接、低功率→高功率、薄板→厚件、低速→高速、低频→高频及低效→高效的历史。激光焊接技术以其独具的深宽比高，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，在各种加工制造业中得到了高度重视。
1 激光焊接技术
激光焊接是以高功率聚焦的激光束为热源，熔化材料形成焊接接头的高精度高效率焊接方法。激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束，当高强度激光束照射在材料表面上时，部分光能将被材料吸收而转变成热能，使材料熔化，從而达到焊接的目的。一般要根据金属材料的光学性质（如反射和吸收）和热学性质（如熔点、热传导率、热扩散率、熔化潜热等）来决定所使用的激光的功率密度和脉宽等，对普通金属来说，光强吸收系数大约在105～109cm-1数量级。如果激光的功率密度为105～109瓦/cm2，则在金属表面的穿透深度为微米数量级。为避免焊接时产生金属飞溅或陷坑，要控制激光功率密度，使金属表面温度维持在沸点附近。对一般金属，激光功率密度常取105～106瓦/cm2左右。
1.1激光焊接技术的种类
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（012mm以上）、薄膜（几微米到几十微米）、丝与丝（直径0102）012mm）、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118Lm的铝膜和50Lm厚铝箔间）的焊接，微波器件中速调管的钽片和钼片的焊接，零点几毫米不锈钢、铜、镍、钽等金属丝的对接、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大功率CO2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激光焊接技术的特点
激光焊接技术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。
1.3激光焊接技术不足之处
激光焊接也存在不足，包括激光器及用于激光束传导和聚集的附属系统成本过高，操作成本也很高，特别是需要大量昂贵保护气体（如氦等）的应用场合。激光束的紧密聚集、热量向工件的有效传递以及狭小的热影响区等优点，也带来了接头装配的难题，很小的组装偏差就会导致焊接条件较大的变化，甚至很窄的间隙（≤0.1mm）也能引起激光辐射耦合的缺陷和热效率的降低。高反射率材料（如铝、铜等）的激光焊接，如要减少反射，则需要仔细优化激光辐射的条件，必要时还需采用涂层材料。同时，这些金属的热导率较大，在焊接启动时应使用较高的激光能量密度，这有时会导致激光反射回激光器，从而引起光学元件的损坏。构件在焊接过程中的装配偏差也可能引起激光束具有危险性的反射。
2 技工焊接技术应用领域
2.1制造业应用
激光拼焊（Tailored Bland Laser Welding）技术在国外轿车制造中得到广泛的应用，据统计，2000年全球范围内剪裁坯板激光拼焊生产线超过100条，年产轿车构件拼焊坯板7000万件，并继续以较高速度增长。国内生产的引进车型Passat，Buick，Audi等也采用了一些剪裁坯板结构。日本以CO2激光焊代替了闪光对焊进行制钢业轧钢卷材的连接，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，无法熔焊，但通过有特殊输出功率波形的YAG激光焊得以成功，显示了激光焊的广阔前途。日本还在世界上首次成功开发了将YAG激光焊用于核反应堆中蒸气发生器细管的维修等，在国内苏宝蓉等还进行了齿轮的激光焊接技术。
2.2粉末冶金领域
随着科学技术的不断发展，许多工业技术上对材料特殊要求，应用冶铸方法制造的材料已不能满足需要。由于粉末冶金材料具有特殊的性能和制造优点，在某些领域如汽车、飞机、工具刃具制造业中正在取代传统的冶铸材料，随着粉末冶金材料的日益发展，它与其它零件的连接问题显得日益突出，使粉末冶金材料的应用受到限制。在八十年代初期，激光焊以其独特的优点进入粉末冶金材料加工领域，为粉末冶金材料的应用开辟了新的前景，如采用粉末冶金材料连接中常用的钎焊的方法焊接金刚石，由于结合强度低，热影响区宽特别是不能适应高温及强度要求高而引起钎料熔化脱落，采用激光焊接可以提高焊接强度以及耐高温性能。
2.3汽车工业
20世纪80年代后期，千瓦级激光成功应用于工业生产，而今激光焊接生产线已大规模出现在汽车制造业，成为汽车制造业突出的成就之一。德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接，90年代美国通用、福特和克莱斯勒公司竟相将激光焊接引入汽车制造，尽管起步较晚，但发展很快。意大利菲亚特在大多数钢板组件的焊接装配中采用了激光焊接，日本的日产、本田和丰田汽车公司在制造车身覆盖件中都使用了激光焊接和切割工艺，高强钢激光焊接装配件因其性能优良在汽车车身制造中使用得越来越多，根据美国金属市场统计，至2002年底，激光焊接钢结构的消耗将达到70000t比1998年增加3倍。根据汽车工业批量大、自动化程度高的特点，激光焊接设备向大功率、多路式方向发展。在工艺方面美国Sandia国家实验室与PrattWitney联合进行在激光焊接过程中添加粉末金属和金属丝的研究，德国不莱梅应用光束技术研究所在使用激光焊接铝合金车身骨架方面进行了大量的研究，认为在焊缝中添加填充余属有助于消除热裂纹，提高焊接速度，解决公差问题，开发的生产线已在奔驰公司的工厂投入生产。
2.4电子工业
激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如钼聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，等离子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。
2.5其他领域
在其他行业中，激光焊接也逐渐增加特别是在特种材料焊接中国内进行了许多研究，如对BT20钛合金、HEl30合金、Li-ion电池等激光焊接，德国玻璃机械制造商GlamacoCoswig公司与IFW接合技术与材料实验研究院合作开发出了一种用于平板玻璃的激光焊接新技术。