激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

陸建衛(wèi)

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-8165

摘? 要：隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，激光焊接技術(shù)在社會各行各業(yè)中廣泛應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大，對國民經(jīng)濟(jì)和工業(yè)社會的發(fā)展都具有重要的促進(jìn)意義，當(dāng)前世界上各個(gè)發(fā)達(dá)國家也都在不斷加強(qiáng)對激光焊接技術(shù)的研發(fā)。同時(shí)，由于環(huán)境保護(hù)意識的提升和自動化程度要求的不斷提高，激光焊接技術(shù)也迎來了蓬勃發(fā)展的機(jī)會。隨著激光焊接技術(shù)的日益發(fā)展，在生產(chǎn)制造業(yè)中的運(yùn)用也越來越普遍。該文重點(diǎn)對激光焊接技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用的領(lǐng)域展開了深入研究，并期望可以為相關(guān)科技的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：激光焊接技術(shù)? ?現(xiàn)狀? ?應(yīng)用領(lǐng)域? ?激光科技

中圖分類號：TG456? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）09（a）-0041-03

Research Status and Application of Laser Welding Technology

LU Jianwei

（Changzhou Railway Higher Vocational and Technical School， Changzhou， Jiangsu Province， 213011 China）

Abstract： With the gradual development of science and technology， laser welding technology has been widely used in all walks of life， which is of great significance to promote the development of national economy and industrial society. At present， all developed countries in the world are also constantly strengthening the research and development of laser welding technology. At the same time， due to the promotion of environmental protection awareness and the continuous improvement of automation requirements， laser welding technology has also ushered in opportunities for vigorous development. With the increasing development of laser welding technology， its application in manufacturing is becoming more and more common. This article focuses on the development status and application fields of laser welding technology in-depth research， and hopes to provide references for the further development of related technologies.

Key Words： Laser welding technology; Status quo; Application field; Laser technology

激光焊技術(shù)在激光科技中有著重要的地位，已經(jīng)在當(dāng)前的社會中得到應(yīng)用和發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國家已開始把激光焊在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行使用，并取得了相當(dāng)好的成效。但是在我國，因?yàn)槊媾R著特殊的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境，導(dǎo)致了公司在具體應(yīng)用激光焊接技術(shù)之時(shí)，通常以公司當(dāng)前的運(yùn)營狀況為基礎(chǔ)，制定更加符合公司現(xiàn)實(shí)情況的發(fā)展戰(zhàn)略。隨著中國制造業(yè)的蓬勃發(fā)展和提高，激光焊接技術(shù)的未來應(yīng)用也將大放光彩，并有巨大的發(fā)展空間。所以，必須更深入地對其加以深入研究，并指出其在工業(yè)中廣泛應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)要求，為中國工業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1? 當(dāng)前激光焊接技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1 國外對其研究現(xiàn)狀

國外的激光科技及其制造業(yè)已經(jīng)相當(dāng)成熟，早在20世紀(jì)80年代，一些發(fā)達(dá)國家就已對相關(guān)技術(shù)展開研究和分析，把激光科技運(yùn)用到傳統(tǒng)工業(yè)中。以歐美發(fā)達(dá)國家以及日本為例，這些依靠自己發(fā)達(dá)的科技能力和優(yōu)越的工業(yè)基礎(chǔ)，在政府合理的政策引導(dǎo)和財(cái)政扶持之下，激光焊接科技發(fā)展的相當(dāng)迅速，尤其是步入新世紀(jì)之后，已經(jīng)從眾多的電子制造業(yè)以及其他產(chǎn)業(yè)中通過激光焊接技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展看到激光焊接技術(shù)的廣泛應(yīng)用，包括電子產(chǎn)業(yè)、造船工業(yè)、車輛制造業(yè)等，均可以看出激光焊接技術(shù)的廣泛應(yīng)用。同時(shí)，由于他們也希望可以對整個(gè)技術(shù)過程加以合理運(yùn)用，因此已初步建立了焊接技術(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以便可以在一個(gè)合理可控的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行使用。與此同時(shí)，為提高焊接效率，并促進(jìn)激光焊技術(shù)得以更好地運(yùn)用到現(xiàn)代的大型制造，尤其是在大規(guī)模制造業(yè)和建筑業(yè)，西方國家在近年來也積極探究了提高激光焊的工作效率，通過利用大功率激光器的技術(shù)研究，進(jìn)而驅(qū)動并實(shí)現(xiàn)了大功率激光焊技術(shù)，進(jìn)而真正地運(yùn)用于大規(guī)模制造業(yè)、建筑業(yè)或者是軍工領(lǐng)域，從而實(shí)現(xiàn)了潛艇和艦船的現(xiàn)代化建造[1]。

1.2 國內(nèi)對其研究現(xiàn)狀

相對于在國外已成熟的工藝技術(shù)而言，我國在改革開放后才開始逐漸接觸和熟悉激光工藝技術(shù)，而且直到20世紀(jì)90年代末才逐漸地將激光工藝技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械焊接應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合。當(dāng)前，我國激光焊接技術(shù)研發(fā)方面在走在最前端的為哈爾濱焊接研究院。近年來，該企業(yè)除逐步發(fā)展和研究新的激光焊種類與設(shè)備之外，也積極總結(jié)了國外發(fā)展的最新動向，并研究了大功率激光焊技術(shù)的最新突破和發(fā)展，而科學(xué)研究結(jié)果也證實(shí)了其已成功克服了國內(nèi)重大構(gòu)件的焊接難點(diǎn)問題，無疑標(biāo)志中國的激光焊接技術(shù)領(lǐng)域新的突破，同時(shí)也為未來重大工程項(xiàng)目的激光焊接技術(shù)運(yùn)用打下了重要基礎(chǔ)。

總體來說，盡管國內(nèi)的激光焊接技術(shù)和國外當(dāng)前的研究成果及其發(fā)展進(jìn)程之間還有一些差別，不過隨著科學(xué)研究的不斷深入，差別也正被逐漸縮小，激光焊接技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)生活中也正發(fā)揮著越來越重要的作用[2]。

2? 當(dāng)前激光焊接技術(shù)在各領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 激光焊接技術(shù)在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

電子束焊接、激光焊接、線性摩擦焊，以及擴(kuò)散焊接法等是在飛機(jī)和航空工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用得較為普遍的一種焊接工藝技術(shù)，其中，激光焊接技術(shù)的使用相對來說更加重要。激光焊接技術(shù)主要應(yīng)用在武器裝備制造和飛行器的加工生產(chǎn)當(dāng)中，包括在飛行器蒙皮的拼接、飛機(jī)蒙皮與長衍的連接、飛行器機(jī)體附件的裝配、飛機(jī)薄壁加工零部件的制造、合金飛機(jī)舵翼焊接加工等，都運(yùn)用得非常普遍。早在四十多年前，美國人就通過研究并嘗試把激光焊接技術(shù)運(yùn)用到飛機(jī)零部件和材料的加工制造生產(chǎn)過程中，并獲得了一定的研究成果，歐洲一部分國家也嘗試將激光焊接技術(shù)使用在飛機(jī)的生產(chǎn)制造過程中。當(dāng)前，工程技術(shù)人員與專家學(xué)者們已經(jīng)對飛機(jī)制造中不同材質(zhì)的激光焊接技術(shù)應(yīng)用情況做了大量思考和研究，極大地促進(jìn)了激光焊接技術(shù)在宇航領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，而事實(shí)也證明，激光焊接技術(shù)能夠減輕基體重量、優(yōu)化飛行器結(jié)構(gòu)特性，大大推動了航空工業(yè)的發(fā)展。

2.2 激光焊接技術(shù)在船舶制造領(lǐng)域的應(yīng)用

由于在大型船舶生產(chǎn)和制造工藝過程中所采用的板材都是具有比較大的厚度與比較長的長度，因此在進(jìn)行加工或者是焊接時(shí)經(jīng)常會發(fā)生板材在加工中發(fā)生了變形或者翹曲等情況。根據(jù)相關(guān)資料表明，如果充分地運(yùn)用了傳統(tǒng)焊接的工藝，就必須按照要求在整個(gè)船板上投入1/4的時(shí)間和精力，對整個(gè)船板或零部件的外觀或者形狀進(jìn)行進(jìn)一步加工和處理，對于焊接工作的效率也將會產(chǎn)生很大的影響，不利于改善和提高所加工的精度和準(zhǔn)確性。但是，如果直接利用激光技術(shù)來進(jìn)行焊接，這種新型的技術(shù)會帶來高密度能量和表面積較小的發(fā)射性光斑，在焊接過程中并沒有因?yàn)檫@些原因而導(dǎo)致加工過程中出現(xiàn)以上的幾個(gè)問題。而且對船舶制造所需的各種船板材料進(jìn)行加工制造時(shí)，不同的加工程序都具有不同的加工工作臺，板材則需要經(jīng)過切割后去到其它地方再進(jìn)行焊接加工處理，如果采用了激光焊接加工，就可以將所有的材料放置在相同的加工工作臺，并對其進(jìn)行焊接加工的操作，可以讓工作的精力和時(shí)間都得到有效控制和節(jié)省，極大地改善了船舶加工制造的質(zhì)量和工作效率[3-4]。

2.3 激光焊接技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人民消費(fèi)水平、生活質(zhì)量的改善，汽車生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)ζ囓圀w的輕量化以及對汽車車身的藝術(shù)美學(xué)的要求越來越高，而激光焊接技術(shù)也因其加工效果優(yōu)良、產(chǎn)品質(zhì)量好、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出，迅速成為汽車生產(chǎn)領(lǐng)域焊接工藝技術(shù)應(yīng)用中的寵兒。在車輛生產(chǎn)中，激光焊接技術(shù)主要運(yùn)用在厚鋼板的激光拼焊、汽車總成和分系統(tǒng)總成的激光組焊、車輛零件的激光焊接等工序中。歐美一些國家的汽車制造商對激光焊接技術(shù)的應(yīng)用起步比較早，開始于20世紀(jì)80年代，奧迪、奔馳、通用等大家耳熟能詳?shù)钠嚿a(chǎn)品牌當(dāng)時(shí)就開始將激光焊接技術(shù)引入到車輛生產(chǎn)制造中，促進(jìn)了激光焊接技術(shù)在車輛生產(chǎn)制造領(lǐng)域中的深入運(yùn)用與發(fā)展[5]。

2.4 激光焊接技術(shù)在塑料制品加工領(lǐng)域的應(yīng)用

傳統(tǒng)焊接技術(shù)通常使用熱熔焊以及振動摩擦焊和高頻焊接為主要的加工方法，隨著當(dāng)前不同行業(yè)對塑料制品工藝要求的提高，一些傳統(tǒng)的焊接工藝已經(jīng)難以滿足加工需求。對于一些要求快速焊接、精細(xì)焊接的塑料制品件，采用激光焊接技術(shù)則更具有優(yōu)勢。對于一些尺寸小或外觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑料制品件，激光焊接均可以細(xì)微地焊接每一個(gè)部位，同時(shí)采用激光焊接技術(shù)可以大幅度減小制品的振動力和熱應(yīng)力，從而可以延緩塑料制品的老化速度。

2.5 激光焊接技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

在20世紀(jì)70年代，激光焊接技術(shù)就已經(jīng)在生物醫(yī)藥的領(lǐng)域中進(jìn)行了應(yīng)用，之前大多是通過激光焊接對血管和輸卵管進(jìn)行處理，但隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷提高，激光焊接技術(shù)在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用范圍也已逐漸擴(kuò)大，同時(shí)產(chǎn)生了不錯(cuò)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，對于國內(nèi)的生物醫(yī)藥領(lǐng)域，人們主要是研究與開發(fā)激光焊接技術(shù)對于神經(jīng)系統(tǒng)方面的應(yīng)用，但需要考慮激光的波段和波長，需要選擇恰當(dāng)?shù)募す夂附硬牧虾退褂玫乃幬?。同時(shí)，激光焊接技術(shù)還在口腔科中廣泛開展研究和應(yīng)用，作為口腔科的一種創(chuàng)新技術(shù)，現(xiàn)已取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

3? 激光焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

隨著焊接技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與突破，在激光焊接技術(shù)的研發(fā)過程中就更顯示出了它的獨(dú)到之處。激光焊接技術(shù)可以對金屬材料進(jìn)行快速而高效的焊接，當(dāng)激光束產(chǎn)生的瞬間，由于其自身具有的高聚焦特性，可導(dǎo)致在激光束內(nèi)蘊(yùn)含有極高的功率密度，這就使得激光束能夠在極其短的時(shí)間內(nèi)釋放出大量的熱能量，進(jìn)而可使焊接效率大為提高，確保了焊接質(zhì)量。正是由于激光焊接技術(shù)所擁有的瞬時(shí)焊接優(yōu)勢，從而使得它有著十分廣泛的應(yīng)用前景。在激光焊接技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用過程中，由于激光束在直接照射金屬材料表面時(shí)，并不會對金屬材料的照射面積之外產(chǎn)生影響，因此也沒有引起金屬材料表面在焊接過程中產(chǎn)生較大損傷，并且在焊接過程全部完成后也不需再進(jìn)行相關(guān)的表面加工處理，這也就使激光焊接技術(shù)特別適合于對各類精密零件表面進(jìn)行加工處理，使得較高難度的焊接作業(yè)也可以快速實(shí)現(xiàn)。在以往的焊接技術(shù)規(guī)范中，通常規(guī)定了對所有焊接材料的材質(zhì)要求都必須一致，而采用了激光焊接技術(shù)，就不必再對焊接材料的材質(zhì)有很大的限制，所以即便是材質(zhì)不同的焊接材料，也可以使用激光焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)輕松焊接?？梢哉f，激光焊接技術(shù)的形成與廣泛應(yīng)用，既有效地克服了傳統(tǒng)焊接技術(shù)中所出現(xiàn)的問題，又減輕了傳統(tǒng)焊接作業(yè)的難度[6]。

激光焊接技術(shù)經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，其技術(shù)水平也走向了日益完善，并且已經(jīng)逐步地在越來越多的工業(yè)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。在航空航天、電子儀表、機(jī)械制造、鋼鐵冶金、汽車制造、醫(yī)療器械等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)中，激光焊接技術(shù)發(fā)揮著日益巨大的功能，比如：在汽車零部件生產(chǎn)當(dāng)中，便可以采用激光焊技術(shù)來對車輛的覆蓋部件進(jìn)行加工生產(chǎn)，而美國、日本等先進(jìn)國家還把激光焊技術(shù)運(yùn)用到純氮?dú)猸h(huán)境中的航空配件生產(chǎn)當(dāng)中。隨著激光焊接技術(shù)的進(jìn)展，將有越來越多大功率、大容量激光發(fā)生器、激光焊接智能化控制技術(shù)被研發(fā)出，同時(shí)焊接工藝也將變得更加精細(xì)化，這都將使得激光焊接技術(shù)在未來發(fā)展中擁有無比光明的應(yīng)用前景。

4? 結(jié)語

綜上所述，激光焊接技術(shù)憑其自身的獨(dú)特優(yōu)勢已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)內(nèi)普遍應(yīng)用，并且獲得了非常好的經(jīng)濟(jì)效益，逐步替代了一些傳統(tǒng)焊接技術(shù)。但是，我們還是需要特別注意激光焊接技術(shù)在使用過程中出現(xiàn)的一些問題和缺陷，有關(guān)技術(shù)研究部門及人員應(yīng)該進(jìn)一步加強(qiáng)研發(fā)力度，可以加強(qiáng)與國外先進(jìn)技術(shù)研究部門及人員的交流和溝通，揚(yáng)長避短，進(jìn)一步提升新技術(shù)的應(yīng)用水平，從而在中國的制造業(yè)發(fā)展中作出更大的貢獻(xiàn)，并推動整體制造業(yè)的健康發(fā)展。

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