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1 激光焊接技术及特点
1960年，人类历史上出现了第一台激光器—红宝石激光器。
从20世纪60年代初这种激光器在美国被首次成功用于拉丝模金刚石(diamonds for wire draw dies)打孔开始人们对这种技术可行且有重要经济价值的激光加工方法给予高度重视并致力于研制更为高效、更加适用的激光器。大功率COZ和Nd:YAG激光器的出现并成功实现商品化为以快速加热为基础的激光加工方法的快速发展奠定了基础。
目前激光加工方法包括激光打孔(laser drilling 1、激光切割(laser cutting)、激光热处理(laser heat-treatment)、激光涂覆(laser cladding )、激光重熔处理(laser remelting)、激光合金化(laser alloying)、激光上釉(laser glazing)、激光打标(laser marking),激光成型(laser forming)、激光模型制造(laser rapid prototyping )、激光晰磨(laser structuring).激光配平(laser balancing),激光微加工(laser micro processing)以及激光焊接(laser welding)等诸多技术涉及到产品加工制造的各个领域。
激光焊接是近年来增长最快.也是发展最被看好的一项激光加工技术。按形成焊缝的方式不同分为热传导型激光焊接和激光深熔焊两种类型。
早期的激光焊接应用均采用低功率脉冲固体激光器照在工件表面的激光功率密度仅为5x105-5x1护WIcm2，焊接过程属传导型焊接即激光辐照加工工件表面.激光能量被表层10-100 Nm的薄层所吸收工件表面的热量通过热传导向内部扩散熔池达到一定深度，表面无明显汽化。该种焊接输入工件的热量小单位时间焊合的面积也小.主要用于电子器件等小型精密部件的焊接。
千瓦连续CO2激光器的问世可使照在工件表面的激光功率密度达106-107 W/cm2实现了基于“小孔效应”，的激光深熔焊(LaserPenetration Welding)，即激光焊接过程中，由于金属材料瞬时汽化在激光束中心处形成小孔(或称匙孔)通过小孔激光束能量传入工件深部，且几乎全部得到吸收。激光深熔焊焊接速度快焊缝深而窄，热影响区小，表现为传导型激光焊接及常规传导型焊接方法有电弧焊、氮弧焊等.且有不同的特点及优势.因此发展迅速广泛应用于汽车、造船、机械及电子等领域。
激光焊接的主要特点如下。
* 热量输入很小、焊缝深宽比大，热影响区小导致工件收缩和变形很小，无需焊后矫形。
* 焊缝强度高焊接速度快焊缝窄且通常表面状态好，免去焊后清理等工作。
* 焊接一致性、稳定性好一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料焊接。
* 光束易于控制，焊接定位精确易于实现自动化。
* 与其他焊接工艺方法比较激光焊接的前期投资较大。
* 被焊工件装配精度高，相对而言对光束操控的精确性也有较高的要求。
2 激光捍接现状及发展趋势
2.1激光焊接的产生及发展
自1962年有了关于激光焊接应用的报道后，各国学者又做了许多激光焊接的基础性研究。20世纪70年代以前，由于高功率连续(CW)激光器尚未开发出来，所以研究重点集中在脉冲激光焊接(PW)。随着千瓦级连续CO2激光器问世及在焊接方面取得成功，激光焊接的研究与应用情况发生了变化。在大厚度不锈钢试件上进行CO2激光焊接，形成了穿透工件的焊缝，而且激光焊接产生的深熔焊缝与电子束焊接相似，并清楚地表明了“匙孔”的形成。日本、德国、英国和前苏联等国的研究小组也相继报道了大功率COZ激光焊接技术的发展及其优化。由于金属对Nd:YAG激光10.6 Nm波长的反射率远远低干对CO2激光10.6 Nm波长的反射率，因此相对于CO2激光器来说，使用平均功率较低的Nd: YAG激光器进行焊接，可获得与较高功率COZ激光器相同的焊接深度。特别是1.06 Nm的激光可用光纤传输而光纤传送系统与Nd : YAG激光器和机器人的结合大大增加了激光加工系统的方便性与灵活性，这种组合系统非常适合工业上的多工作台同时加工及多台机器人分时加工。
目前，除激光传导焊(laser conduction)、激光深熔焊(laser penetration)、激光硬钎焊(laser brazing )、激光软钎焊(laser soldering)外又相继问世了激光双光束焊接(Double focus welding)、激光填丝焊(laser filler wire welding),激光复合焊(Hybrid laser welding)远程激光焊接(laser remote welding)等新的焊接方法。
焊接结构也由对接接头(butt joint)‘搭接接头(overlap joint)扩展到角接接头(fillet joint)、车身接头(coach joint)、端接接头(standard edge joint)等。
2.2激光焊接研究现状
(1)激光焊接加热过程及机理
激光深熔焊接过程在激光深熔焊接过程中会产生如下特殊效应。
a.焊缝净化效应。激光焊接时.焊缝中氧化物等杂质因汽化而大量减少。加上焊接时加热冷却速度快，焊缝金属组织细小.热影响区窄等因素使焊接接头的力学性能得到改善和提高。例如，在激光焊接HY-130钢时焊缝中O, S, N等杂质含量减少接头抗拉强度、冲击韧性与母材相当。
