技能培訓(xùn)之激光焊接的基礎(chǔ)知識(shí)

何謂激光焊接？

首先"激光”是取英文的"LightAmplificationbyStimulatedEmission

ofRadiation（通過(guò)受激釋放輻射光擴(kuò)大）”的含義的術(shù)語(yǔ)的開(kāi)頭字母而得

到的造詞。

LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiatio

嬴-輻射

I

取開(kāi)頭文字即為L(zhǎng)ASER

激光焊接是將作為人造光的激光進(jìn)行聚光并照射對(duì)象物、使金屬局部熔融

和凝固來(lái)接合金屬的加工方法。在鍍金加工領(lǐng)域引入激光焊接的情況下，

相比于以往加工方法的電弧焊，具有容易抑制熱變形、容易管理焊接條件、

焊道不明顯等優(yōu)點(diǎn)。

激光焊接的原理激光焊接中，使用激光振蕩器產(chǎn)生成為熱源的激光，并將

其擴(kuò)大，使用光纖進(jìn)行傳輸，首先將光輸送至工件附近。在該階段需要激

光加工頭。激光加工頭的內(nèi)部設(shè)置有透鏡，將傳輸來(lái)的激光聚光為適合加

工的狀態(tài)。通過(guò)借助透鏡對(duì)光進(jìn)行聚光，能夠使光能集中于較小的面積，

從而能夠獲得熔化金屬的較高能量。為了防止熔融金屬的氧化，通常會(huì)一

邊吹送氮?dú)?、氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體一邊焊接。

光纖激光振蕩器

激光加工頭

激光

保護(hù)氣體

熔融部(熔融、凝固)

工件

激光焊接的種類(lèi)

YAG激光焊接

YAG是名為軌鋁柘榴石(YttriumAluminumGarnet)的晶體，YAG激

光器是向YAG晶體照射強(qiáng)光來(lái)產(chǎn)生激光。YAG激光具有金屬易于吸收的

1064nm的波長(zhǎng),因此能以較少的能量熔融金屬,這一點(diǎn)適合激光焊接。

另一方面，為了產(chǎn)生激光，需要使閃光燈閃爍，且因?yàn)榘l(fā)熱多而需要使用

制冷器對(duì)振蕩器至焊炬進(jìn)行冷卻，因此耗電量大，與所使用的電力相比，

用于加工的能量較少，故而也存在焊不透的情況。冷卻水、燈等易耗品的

維護(hù)成本負(fù)擔(dān)也較大，這也可以說(shuō)是使用上的一大缺點(diǎn)。

光纖激光焊接

光纖激光是使用光纖對(duì)所生成的勵(lì)起光進(jìn)行擴(kuò)大和傳輸?shù)募す?，具有金?/p>

易吸收的1070nm的波長(zhǎng)。在眾多激光中,能量密度特別高,具有容易將

光束聚集的特點(diǎn)，對(duì)金屬能夠?qū)崿F(xiàn)深熔是其一大優(yōu)點(diǎn)。與YAG激光相比,

具有深熔、運(yùn)行成本低、幾乎沒(méi)有調(diào)整和維護(hù)的麻煩和成本等諸多優(yōu)點(diǎn),

近年來(lái)正在加速普及。雖然光纖激光具有高功率、高效率的特點(diǎn)，但在銀

金的手焊中，如果功率過(guò)高，會(huì)對(duì)作業(yè)者造成危險(xiǎn)，因此制作產(chǎn)品時(shí)通常

將功率限制在lkW左右。追求更高功率、更大焊透深度時(shí)，可以研究使用

機(jī)械焊接、機(jī)器人焊接。

盤(pán)式激光焊接

盤(pán)式激光是使用圓盤(pán)狀的YAG晶體放大所生成的勵(lì)起光后使用光纖進(jìn)行傳

輸?shù)募す?。德?guó)的快通公司成功實(shí)現(xiàn)了高功率化和穩(wěn)定化，因此其作為工

業(yè)用激光得到廣泛普及，近年來(lái)其可能性被重新審視，新用途的開(kāi)發(fā)也在

積極進(jìn)行。日本沒(méi)有能夠使用盤(pán)式激光進(jìn)行手焊的單體設(shè)備，但是擁有快

通公司的激光切割機(jī)的用戶(hù)能可選地引進(jìn)手焊用的焊炬。

激光焊接的優(yōu)缺點(diǎn)

鍍金加工中使用的激光焊接與以往廣泛使用的TIG焊接相比，具有如下特

點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)

即使為薄板，熱變形也較小

TIG焊接因?yàn)楹竿篙^淺且熱影響層較大，因此對(duì)金屬的焊接線能量較多，產(chǎn)

品會(huì)產(chǎn)生較大熱變形。對(duì)所產(chǎn)生的熱變形的處理很大程度上依賴(lài)于工匠的

技術(shù)，這方面是TIG焊接最難的地方。另一方面，激光焊接中，是聚光激

光，將較高的能量集中于較小的焦點(diǎn)來(lái)熔融金屬，因此焊透寬度較細(xì)，熱

影響層也較小，故而不易產(chǎn)生熱變形。而且在頻繁地反復(fù)進(jìn)行激光的

ON/OFF的"脈沖振蕩”中，每秒鐘會(huì)重復(fù)進(jìn)行數(shù)次至數(shù)十次的熔融和凝

固，因此更能抑制變形。

確保焊接部的足夠強(qiáng)度

激光焊接的焊道較細(xì)，有時(shí)會(huì)擔(dān)心強(qiáng)度不夠，但焊透較深，因此與外觀相

比，內(nèi)部具有足夠的強(qiáng)度。激光焊接中暫時(shí)熔融、凝固的合金部分較少，

不會(huì)斷裂，在工業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)施的強(qiáng)度試驗(yàn)中，也確認(rèn)起具有超過(guò)TIG焊接

的強(qiáng)度。

縮短加工工時(shí)

激光焊接的焊接線能量較小，不易產(chǎn)生變形，因此能夠大幅減少消除變形

的工時(shí)。另外，激光焊接基本上都是母材焊接，因此還能省去研磨焊接突

起部分的工序。而且只要加工條件具備，就幾乎不會(huì)產(chǎn)生焊縫燒傷，因此

也有可能能夠減少電解研磨工序?？s減了以往辛苦應(yīng)對(duì)的加工工時(shí)，促使

提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。

焊接條件易管理易操作

激光焊接機(jī)還有將焊接條件作為方法登記后能夠調(diào)用的機(jī)型，可以說(shuō)易管

理和再現(xiàn)焊接條件是其一大優(yōu)點(diǎn)。此種情況下只要由熟練者給出條件，由

此非熟練者很容易再現(xiàn)熟練者的加工條件。由此如果非熟練者也能負(fù)責(zé)薄

板焊接，熟練者就能集中于附加價(jià)值高的工作，有助于提高焊接工序整體

的生產(chǎn)效率。

缺點(diǎn)?

縫隙處理能力較差

激光焊接具有將激光能量聚集在cpO.l~(p0.6mm左右的極小的焦點(diǎn)來(lái)使金

屬熔融的性質(zhì)，出于這一性質(zhì)，其具有如果有縫隙就無(wú)法焊接的弱點(diǎn)。在

光斑直徑為cpO.lmm的機(jī)型的情況下，如果存在0.1mm的縫隙，則激光

會(huì)從中間走過(guò)而無(wú)法焊接，因此需要采取提高折彎工序的精度、設(shè)置夾具

等措施。

不擅長(zhǎng)堆焊

激光焊接擅長(zhǎng)母材焊接，不擅長(zhǎng)堆焊。除了在使焊條熔融之處激光的能量

有可能無(wú)法全部到達(dá)母材外，焊接點(diǎn)/焊條/焦點(diǎn)全部精準(zhǔn)地會(huì)齊在同一線上

也很難，有可能無(wú)法確保足夠的強(qiáng)度。當(dāng)圖紙中指示堆焊時(shí)，需要研究是

否應(yīng)該采用激光焊接，相反為了確保強(qiáng)度、美觀而希望使用激光焊接時(shí)，

最好不要寫(xiě)入堆焊指示。

需要采取安全措施

激光如果使用方法錯(cuò)誤，可能會(huì)導(dǎo)致重大事故，因此全部激光產(chǎn)品都在JIS

規(guī)格"激光產(chǎn)品安全