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摘要：激光是受到激发辐射后产生并放大的一种可见光。激光技术属于精密加工技术，由于其辐射速度快、辐射功率高、响应速度快、辐射面积较小以及可控性强，在较短时间内可以实现精密切割、加热和焊接功能，所以在近现代工业领域，如机械工程、微电子工程、汽车工程以及生物医学等领域里被广泛使用。激光焊接技术无论是在大型件焊接方面，如机车车盖的焊接，还是在微焊接方面，如集成电路的微焊接，只要针对不同的焊接工况，选用不同焊接技术和焊接类型、改变焊接参数等方式，都能实现所需焊接要求。
关键词：激光焊接；研究现状；应用
1 激光焊接技术的原理以及分类
1.1 激光焊接的原理
激光焊接是把激光作为加热源，利用激光的高能量密度这个特点，把若干方向的激光汇聚成一束激光，从而完成焊接工艺的过程。激光是由激光器产生的若干束激光，但是，每束激光的强度较弱，通过激光器的聚焦系统，将随机的激光束汇聚成一束高强度激光并释放出来，如图1所示。若把激光作为加热源，将激光照射到焊件上，对焊件进行熔化形成局部熔池，熔池冷却后两个焊件焊接在一起，即完成焊接过程。
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图1 激光焊接原理图
1.2 激光焊接的分类
如图2所示，激光焊接可以分类成很多种：若按功率密度分类，则可分为激光热传导型焊接和激光深熔焊接；若按照输出能量方式分类，则可以分为脉冲激光焊接和连续激光焊接；按照焊接类型还可以分为激光填丝焊接、激光点焊以及激光-电弧焊接。
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图2 激光焊接的种类
如图3a所示：功率密度小于104～105W/cm2为激光热传导焊，热传导型焊接的特点在于它的熔深浅和焊接速度慢，只熔化工件表面；而功率密度大于106～107W/cm2称为深熔焊，大功率激光会使金属表面受到高热，瞬间产生的高温使材料表面金属发生汽化而形成小孔，使得金属表面下陷形成孔洞——“孔穴”，这种“孔穴”称为匙孔，所以深熔焊也称匙孔焊，其特点是焊接速度快、深宽比大。
脉冲激光焊接一般用于点焊，根据脉冲信号来实现焊接，激光的发射时间取决于1个周期的脉宽时间——脉宽越长发射激光的时间也就越长，一般适用在中小型焊接，焊接工件的厚度不能大于1mm，其影响参数为焊接时间。连续激光焊发射激光的信号是连续的，可以焊接厚度大于1mm的焊件，其焊缝影响参数为焊接速度。脉冲激光焊接和连续激光焊接都会在工件上留下焊痕，如图3b所示，由于输出激光的方式不同，两者焊痕形状不同。
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图3
激光填丝焊接丝通过激光照射到焊丝上，通过焊丝导管送丝，熔化焊丝进行工件的焊接，激光填丝焊一般是连续激光焊接，如图3c所示，激光点焊属于脉冲激光焊接，一个脉冲完成一个点的焊接，其焊接原理与脉冲焊接原理类似，如图3d所示。激光-电弧焊是利用激光和电弧的双重热源进行焊接，如图3e所示，激光-电弧焊属于熔深焊。
2 激光焊接的应用
目前，激光焊接技术较为成熟，广泛应用于多个行业。由于激光具有高功率、高精度、高强度、局部瞬态加热和可控性较好的特点，不仅可以焊接形状复杂的大型曲面板材，也可以焊接微小零部件甚至用于精密医用器械。如图4a所示，利用激光焊接汽车顶盖和离合器齿轮。
激光-电弧焊接可以实现高精度、高强度焊接，还可以改善在焊接过程中激光烧穿的问题，广泛应用于船舶制造业，如图4b所示。
如图4c所示，相比铆钉固定，由于激光焊接具有焊接速度快、焊接强度高和焊缝成型小等特点，在飞机修理领域占有很大优势，因此，被广泛使用。利用激光焊接火箭铝合金燃料贮箱的筋条与盖板，成功解决了传统铆钉焊接所造成的部件重量增大、铆钉焊接处容易腐蚀的问题。如图4d所示，利用激光焊接火箭的发动机外壳，并对壳体进行拉伸断裂实验研究，为火箭外壳焊接开辟一条新的道路[9]。激光微焊接还可以应用于医疗器械中血管支架的焊接[10]，如图4e所示，太原理工大学姚润华使用Nd：YAG激光器对钛镍合金SAM进行血管支架的十字接头的焊接。
3 激光焊接技术的国内外现状研究
3.1 国外现状研究
日本大阪大学的MOON J使用不同波长激光组合焊，对厚度为0.1～0.3mm的纯铜板进行焊接，发现组合焊接后的纯铜板焊缝强度比单一激光的焊缝强度要强。德国爱尔兰根大学利用激光填丝钎焊技术，能够在轿车底板V型坡口或梯形坡口进行多层次多焊道的焊接，可以使钢板焊接深度达到26mm。英国TWI采用YAG激光器对15mm厚的CMn板进行激光深熔焊接，得到了良好的焊缝，但是，还存在焊接工件上的小孔喷出的等离子体无法去除的问题。
德国的迈克船厂建立了世界上第一个激光-电弧焊接生产线，用于焊接船舶的甲板，分别使用对接和角接的焊接，每条焊缝在20m左右。英国的焊接研究所（TWI）和的德国的BIAS分别于2008年和2009年将激光-电弧焊用于高速列车上，对高速列车的铝合金蜂窝板进行一次性焊接，焊接速度可以达到6m/min，成功地解决了由于铝合金表面光滑和激光反射率较高而影响焊接质量的难题。日本也是在2008年建立了第一条激光-电弧焊生产线。S.Nolte等使用波长515nm、脉冲能量500n J、脉宽450fs、脉冲频率9.4MHz的飞秒激光，焦距4.5mm显微物镜聚焦，以3.3mm/s速度点焊光学接触的石英玻璃，其焊缝弯曲强度可达25MPa、剪切强度可达54MPa。
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图4 激光焊接的应用
3.2 国内现状研究
大连理工大学的张维哲以厚度为0.3mm的SUS304不锈钢、采用Nd：YAG脉冲激光器进行激光焊接实验研究，采用激光深熔焊，对激光的焊接参数如激光功率密度、激光脉宽、焊接速度、脉冲频率、离焦量等进行分析，分别进行单因素实验和正交实验，发现激光功率对焊缝熔宽影响最大、脉宽对熔深的影响较大。长春理工大学的皱春红利用激光深熔焊分别对20G钢和20Cr2Ni4A钢进行了焊接质量的研究，得出了最佳焊接工艺参数，并对焊接的接头进行力学性能检测，得出焊缝处的拉伸变形小且焊缝的金相组织均为马氏体的结论。北京工业大学的李晓宇利用激光透射焊接的方式对塑料材料PMMA进行镀膜研究，使用低熔点的镀膜锌粉作为镀膜材料，并对宏观形貌变化、拉伸测试、金相实验对比、红外光谱分析等方式对材料进行了分析，发现镀膜厚度对焊接强度存在很大影响，得出镀膜工艺参数——激光功率为8W、焊接速度为1000mm/s、扫描间隔为0.05mm时进行焊接效果较好的结论。
结语
微电子行业已成为福建重要的新兴产业之一，微电子封装是其生产中的一个极其重要的环节，对微焊接设备有大量需求，因此，基于锡膏的微滴喷射激光微焊接设备的开发有着广泛的应用前景，不仅可以解决目前表面贴装技术在生产中存在的缺陷，而且采用选择性微锡焊，通过非接触式微滴喷射方式，可以解决因含温度敏感、低耐热、塑料材质等电子元器件或内部有凹槽结构的PCB板、IC芯片等电路板而无法利用波峰焊或回流焊焊接的技术问题，也可以解决柔性电子、视觉模组等精密器件中因经常出现微结构、薄厚度元件在焊接时伤及精密部件的技术问题。
参考文献：
[1]王赞，李中成.激光焊接技术的应用及其进展研究[J].科学技术创新，2018（22）：188-189.
[2]曹宇，李祥友，蔡志祥等.激光微加工技术在集成电路制造中的应用[J].光学与光电激素，2006（4）：25-28.