激光焊接是激光加工技术应用的一个重要方面，也是21世纪最引人注目和发展前景的焊接技术。相对于传统的焊接，激光焊接有许多优点，焊接质量更高，效率更高。近年来，激光焊接技术在制造业、粉末冶金、汽车、电子、生物医学等领域得到了广泛的应用。

    激光器焊接原理

    激光焊接属于熔融焊，采用激光束作为焊接热源，其焊接原理是：通过特定的方法激发活性介质，使其在腔体内来回震荡，然后转换为受激辐射光束，当光束与工件互相接触时，其能量就被工件吸收，当温度高达材料的熔点时，就可以进行焊接。

    △激光焊接原理。

    根据熔池形成机理划分，激光焊接具有两种基本的焊接机理：热传导焊接和深熔(小孔)焊。焊接过程中产生的热量通过热传导扩散到工件内，使焊缝表面熔化，基本无汽化现象，在低速薄壁件的焊接中经常使用。深熔焊接时，材料蒸发，形成了大量的等离子体，熔池前部出现小孔现象。深熔焊接可以彻底地焊透工件，且输入能量大，焊接速度快，是目前应用最广泛的激光焊接方式。
    主要工艺参数的激光焊接。

    对激光焊接质量有影响的工艺参数有功率密度、脉冲波形、离焦量、焊接速度、辅助吹保护气等。

    激光器的功率密度。

    在激光加工中，功率密度是一个非常重要的参数。使用更高的功率密度，在微秒范围内，表面层可加热至沸点，并产生大量汽化。所以，高功率密度对材料的去除加工，如打孔、切割、雕刻都非常有利。对低功率密度而言，达到沸点的表面温度需要经历几毫秒，而在表层蒸发之前达到熔点，容易形成良好的熔融焊接。结果表明，在热传导激光焊接中，其功率密度范围为104~106W/cm2。

    2激光脉冲波形。

    脉冲波形是区分材料去除和材料熔化的重要参数，同时也是确定加工设备体积和成本的关键参数。高强激光束射到材料表面后，材料表面会有60~90%的反射激光能量损失，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、热传导快。在激光脉冲信号过程中，金属的反射率随时间变化。随着材料表面温度的升高，反射率急剧下降，当表面在熔化状态时，反射率稳定于一定的值。
    ▲不同材料激光焊接脉冲波形。

    激光器的脉冲宽度。

    脉冲激光焊接的一个重要参数是脉宽。熔深和热影响分区决定脉宽，宽度越长热影响区越大，熔深也就越大，而宽度则是1/2次方。但是，由于脉宽的增加会降低了峰值功率，所以增加脉宽通常用于导热焊接，形成的焊缝尺寸较大，尤其适用于薄板、厚板的搭接。但较低的峰值功率会导致过多的热输入，每一种材料都有一个最佳的脉冲宽度，使熔深达到最大。

    四离焦

    由于光斑中心功率密度太大，激光焊接时往往需要一定的离焦量，容易蒸发成孔。在离焦平面处，能量密度分布比较均匀。

    有两种方法离焦：

    正离焦和负离焦。焦面位于工件上的焦面呈正离焦距相反。按照几何光学理论，当正离焦面和焊面距离相等时，相应平面上的功率密度基本相同，但实际得到的熔池形状有一定的差别。负向焦化可以获得较大的熔深，这与熔池的形成过程有关。

    5焊接速度。

    焊速决定着焊接表面质量、熔深、热影响范围等。焊速的加快会影响单位时间内的热输入量，焊接速度太慢，则会产生大量的热能，导致焊接速度过快，造成焊接过程中热输入过少，造成工件焊不透。为了提高熔深，通常采用降低焊接速度的方法。

    6.辅助吹保护气。

    在高功率激光焊接中，辅助吹气是一项必不可少的工艺。为防止金属材料溅射而污染聚焦镜；另一方面，防止在焊接过程中产生的等离子体过度聚焦，阻止激光到达材料表面。在激光焊接过程中，通常采用氦气、氩气和氮气来保护熔池，以防止工件的氧化。由于保护性气体种类、风量、吹风角等因素对焊接结果有很大影响，不同的吹吹方式对焊接质量也有一定的影响。

    氦不容易被电离(电离能量较高)，能让激光顺利穿过，而能量不受阻碍地直接到达工件表面。这种激光焊接时使用的最有效的保护气体，但价格较贵。

    氩相对便宜，密度大，因此防护效果更好。但是它易受高温等离子体电离，导致其部分光束射到工件上，降低了焊接的有效激光功率，使熔深和速度降低。与氦气保护相比，使用氩气保护的焊件表面来得平滑。

    氮是最便宜的保护气体，但不适合于某些类型的不锈钢焊接，这主要是因为冶金学方面的问题，例如吸收，有时在搭接区域形成气孔。

    作为一种新的焊接技术，激光焊接技术具有能量密度高、速度快、精度高、深度穿透、适应性强等特点，其应用范围越来越广，不仅可以提高生产效率，也可以提高焊接质量，激光焊接技术必将在材料加工领域发挥更大的作用。