一.激光焊接的主要特点

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之 一。20世纪70年代，它主要用于薄壁材料的焊接和低速焊接。焊接过程是一种热传导类型，即激光辐射加热工件表面，表面热通过热传导扩散到里边，通过控制激光脉冲的宽度.能量.峰值功率和重复频率等参数熔化工件，形成特定的熔池。由于其独有的优势，它已成功地应用于微量.精密焊接小零件。

高功率CO2及高功率YAG激光的出现为激光焊接开辟了一个新的领域。基于小孔效应的深熔焊在机械中获得.汽车.钢铁等工业领域的应用越来越多。

激光焊接的主要优点是：

1.速度快.深度大.变形小。

2.可在室温或特殊条件下焊接，焊接设备简单。比如激光通过电磁场，光束不会偏移；激光在真空中.空气和某些气体环境都可以焊接，并且可以通过玻璃或光束透明材料进行焊接。

3.可焊接的难熔材料，如钛等.石英等，并且对异性材料进行焊接，效果良好。

4.激光聚焦后，功率密度高，在焊接高功率器件时，深宽比可达5:1，较高可达10:1。

5.可以进行微型焊接。激光束聚焦后，可以获得很小的光点，并且可以精准定位。可用于大规模自动化生产.组焊小工件。

6.可以焊接难以接近的部位，实施非接触远距离焊接，具有很大的灵活性。近年来，YAG光纤传输技术在激光加工技术中的应用，使激光焊接技术得到了广泛的推广和应用。

7.激光束易于实现光束按时间和空间分光，可同时进行多光束加工和多站加工，为精准的焊接提供了条件。

但是，激光焊接也有了局限性：

1.要求焊件的装配精度高，光束在工件上的位置不能明显偏移。这是因为激光聚焦后的光斑尺很小，焊缝也很窄。如果工件的装配精度或光束定位精度不符合要求，很容易造成焊接缺陷。

2.激光器及其相关系统成本较高，一次性投资较大。

二.热传导激光焊接

激光焊接是通过激光与金属的相互作用，将高强度的激光束辐射到金属表面，熔化金属形成焊接。在激光和金属的相互作用中，金属熔化只是物理现象之一。时间能量不是主要转化为金属熔化，而是以其他形式表现出来，比如蒸发.等离子体的形成。然而，为了实现良好的熔融焊接，金属须熔化成为能量转换的主要形式。因此，要了解激光与金属相互作用中产生的各种物理现象以及这些物理现象与激光参数之间的关系，以便通过控制激光参数，将大部分激光能量转化为金属熔融能量，从而达到焊接的目的。

三.激光焊接工艺参数。

1.功率密度。

功率密度是激光处理的关键参数之一。使用较高的功率密度，表面可以在微秒时间范围内加热到沸点，产生大量的蒸发。因此，大功率密度用于材料去除加工，如冲孔.切割.雕刻是有益的。对于低功率密度，表面温度到沸点需要几毫秒。表面蒸发前，底层到熔点，容易形成良好的熔融焊接。因此，在传导激光焊接中，功率密度范围为104~106W/CM2。

2.激光脉冲波形。

激光脉冲波形是激光焊接中的一个重要问题，尤其是薄片焊接。当高强度激光束照射到材料表面时，金属表面会失去60~98%的激光能量反射，反射率会随着表面温度的变化而变化。在激光脉冲作用期间，金属反射率变化很大。

3.激光脉冲宽度。

脉冲宽度是脉冲激光焊接的重要参数之一，它不仅是区别于材料去除和材料熔化的重要参数，而且是决定加工设备成本和体积的关键参数。

4.离焦量对焊接质量的影响。

由于激光焦点中心的功率密度过高，容易蒸发成孔，因此激光焊接通常需要一定程度的分离。在离开激光焦点的每个平面上，功率密度分布相对均匀。

离焦有两种方式：正离焦和负离焦。工件上方的焦平面为正离焦，否则为负离焦。根据几何光学理论，当正负分离相等时，相应平面上的功率密度几乎相同，但实际获得的熔池形状不同。当负离焦时，可以获得很大的熔深，这与熔池的形成过程有关。实验表明，激光加热50~200us材料开始熔化，形成液相金属，要求蒸发，形成市场压力蒸汽，并以较高的速度喷射，发出耀眼的白光。同时，高浓度的蒸汽使液相金属移动到熔化池的边缘，在熔化池的中心形成一个凹陷。当负离焦时，材料的内部功率密度高于表面，容易形成更强的熔化.蒸发，使光能深地传递给材料。因此，在实际应用中，当需要较大的熔深时，采用负离焦；焊接薄材料时，应使用正离焦。

四.激光焊接工艺方法。

1.片间焊接。

包括对焊.端焊.中心穿透熔化焊.中心穿孔熔化焊等四种工艺方法。

2.丝与丝的焊接。

包括丝与丝对焊.交叉焊.平行搭接焊.T四种工艺方法，如型焊。

3.焊接金属丝和块状元件。

金属丝与块状元件的连接可以通过激光焊接成功实现，块状元件的尺寸可以任意。焊接时应注意丝状元件的几何尺寸。

4.焊接不同的金属。

不同类型的金属焊接应解决可焊性和可焊性参数范围的问题。只有某些特定的材料组合才能在不同的材料之间进行激光焊接。

五.激光钎焊。

激光熔焊不应用于某些元件的连接，但激光可以作为热源进行软钎焊和硬钎焊，这也具有激光熔焊的优点。钎焊的方法有很多，其中激光软钎焊主要用于印刷电路板的焊接，尤其是片状元件的装配技术。与其他方法相比，激光软钎焊具有以下优点：

1.由于是局部加热，元件不易产生热损伤，热影响面积小，所以可以在热敏元件附近进行软钎焊。

2.采用非接触式加热，熔化带宽，无需任何辅助工具，可在双面印刷电路板上加工双面元件。

3.重复操作稳定性好。焊剂对焊接工具污染小，且激光照射时间和输出功率容易控制，激光钎焊成品率高。

4.激光束易于分光，可用于半透镜.反射镜.棱镜.时间和空间分割扫描镜等光学元件，可实现多点对称焊接。

5.激光钎焊多用波长1.06um激光作为热源，可以用光纤传输，所以可以在常规方式不易焊接的地方进行加工，灵活性好。

6.聚焦性好，易于实现多工位装置的自动化。

六.激光深熔焊。

1.冶金工艺与工艺理论。

激光深熔焊冶金的物理工艺与电子束焊相似，即能量转换机制通过“小孔”结构完成。在足够高的功率密度光束照射下，材料蒸发形成小孔。这个充满蒸汽的小孔就像一个黑体，几乎所有吸收入射光的能量，孔腔内的平衡温度达到25000度左右。热量从这个高温孔腔的外壁传递出来，熔化了这个孔腔周围的金属。小孔中充满了光束照射下壁材料连续蒸发产生的高温蒸汽，小孔四壁包围熔融金属，液体金属包围固体材料。孔壁外的液体流动和壁表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持，保持动态平衡。光束不断进入小孔，小孔外的材料不断流动。随着光束的移动，小孔终处于流动的稳定状态。也就是说，小孔和围绕孔壁的熔融金属随着前导光束的前进速度向前移动，熔融金属填充小孔移动后留下的缝隙，然后冷凝固，从而形成焊缝。

2.影响因素。

影响激光深熔焊的因素包括：激光功率、激光束直径、材料吸收率、焊接速度、保护气体、透镜焦长度、焦点位置、激光束位置、焊接开始和结束点的激光功率逐渐增加.渐降控制。

3.激光深熔焊的特点和优点。

特点:(1)高深宽比。由于熔融金属围绕圆柱形高温蒸汽腔形成并延伸到工件，焊缝变得又深又窄。(2)小热量输入。由于源腔温度很高，熔化过程发生得很快，输入工件的热量很低，热变形和热影响面积很小。(3)高密度。