激光焊接技术的发展与展望讲解.doc

激光焊接技术的发展与展望 王家淳 (北京有色金属研究总院, 北京, 100088 摘要:介绍激光焊接技术的发展历史, 阐明激光焊接的发展与应用现状及未来的发展前景, 论述激光焊接工艺的特点及需进一步研究与探讨的问题, 将激光焊接 (LBW 与电子束焊接 (EBW 、 惰性和活性气体保护电弧焊 (GTAW 和 GMAW 及电阻焊 (RW 工艺进行了全面的对比, 指出激光焊 接工艺的优势所在及其存在的问题。 关键词:激光焊接 CO 2激光器 Nd 1YAG 激光器 脉冲激光焊接 (PW 连续激光焊接 (CW Development and expectation of laser welding technology Wang Jiachun (GeneraI Research Institute for Non-ferrous MetaIs , Beijing , 100088 Abstract :The deveIoping procedure of Iaser weIding technoIogy is presented in this paper. The current situation of Iaser weIding and future perspective is aIso cIarified. The emphasis is focused on the characteristics of Iaser weIding process and its probIems to be studied. The comparisons of Iaser weIding with other weIding technigues , incIuding eIectron beam weIding , inert gas tungsten arc weIding , gas metaI arc weIding and resistance weIding , are performed roundIy and deepIy. The advantages and disadvantages of Iaser weIding are summed up. Key words :Iaser weIding CO 2Iaser Nd1YAG Iaser puIsed Iaser weIding continuous Iaser weIding 引 言 激光焊接技术历经由脉冲波形向连续波形的发展, 由小功率薄板焊接向大功率厚件焊接 发展, 由单工作台单工件加工向多工作台多工件同时焊接发展, 以及由简单焊缝形状向可控制 的复杂焊缝形状发展, 受激物质也包含了多种气体和固体晶体。激光焊接的应用也随着激光 焊接技术的发展而日趋广泛, 目前已涉及航空航天、 武器制造、 船舶制造、 汽车制造、 压力容器 制造、 民用及医用等多个领域。很多学者将激光加工连同电子束加工和等离子弧加工并称为 21世纪最具发展前景及最有效的加工技术。作者在综合归纳的基础上, 对激光焊接技术的发 展历史、 应用现状、 发展前景、 优缺点及有待于解决的问题进行了全面系统的论述。 1激光焊接技术的发展 随着激光这种新能源的获得, 材料加工的领域被大大拓宽, 激光焊接就是激光应用的重要 方面之一。 1962年和 1963年, 已经有关于激光焊接应用的报道。随后, 各国学者又做了许多 激光焊接的基础性研究。 70年代以前, 由于高功率连续波 (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 。早期的激光焊接研究试验大多数是利用红宝石脉冲激 光器, 当时虽然能够获得较高的脉冲能量, 但这些激光器的平均输出功率却相当低, 这主要是 由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性质所决定。 Nd 1YAG 激光器由于具有较高的平 第 25卷 第 1期 2001年 2月 激 光 技 术 LASER TECHNOLOGY VoI.25, No.1 February , 2000 均功率, 在它出现之后很快就成为点焊和缝焊的优选设备。 Ready 在 1971年曾指出 [1], 激光焊接与电子束焊接的显著区别在于, 激光辐射不能产生穿 透 (小孔 焊接方式, 现在我们知道, 这个结论是错误的, 因为当激光束焦点的能量密度达到 106W /cm 2时, 小孔的形成条件得到满足, 从而就可以利用激光束进行穿透 (深熔 焊接。同时, 小孔的建立与维持需要一定的时间, 因此, 使用脉冲激光进行焊接时, 小孔就不易向深处扩展, 也就不易产生深熔焊。 随着千瓦级连续 CO 2激光器焊接试验的成功 [2~7], 激光焊接的研究与应用情况在 1971年 和 1972年发生了变化