王小峰
广东美芝制冷设备有限公司
摘要：本文论述了焊接技术的发展，重点分析激光焊接工艺的基本原理及具体应用，以供参考。
关键词：激光焊接；技术；研究
一、序言
相较于传统的焊接技术，激光焊接具有能量高度集中，且可调节、不与被焊件接触、焊缝紧密、强度高、焊接效率高等等优点，因此，它被广泛应用于航空航天、航运、汽车等装备行业，并逐渐拓展到更多的材料加工终端。
为了更好地应对未来的生产竞争，世界上主要工业生产国家已制定了现代化生产战略，最著名的是德国工业生产4.0和美国工业互联网。他们积极推动新的生产政策，促进制造业的技术创新，激光焊接涉及高端装备使用的问题，作为高质量设备技术的重要组成部分。在激烈的研究和技术开发竞争中，中国已经抓住了顺应潮流的机会，并推出了“中国2025”的生产战略。可见，激光焊接这种战略先进技术，现代化生产流程已被提上日程。
二、激光焊接缺陷处理
激光焊接虽然被广泛使用，但焊接中伴随着一些问题不容忽视，例如焊接期间裂缝，焊接痕迹和飞溅等产生的焊接误差。许多研究组使用模拟分析和网眼电子显微镜，研究基本光束辐射的影响和菲涅尔吸收效应原理的效果。高效的激光传输工作表面由于形成闭孔快速蒸发，形成了一个匙孔。因此，熔池以及小孔所在的菲涅尔吸收效应决定了当前焊接的质量。湖南大学彭楠翔教授对激光焊接的关键开口和壁画吸收展开大量研究。结果发现，激光组的总功率密度反映在墙壁上的小孔，不规则性被投放在小孔里的激光反射中。并且孔底周围的孔壁上面密度要大于上文中提到的密度，这就是控制密度分布的主要原因，对于简单的激光焊接有着一些限制。例如，不可能在焊接的接触过程中控制着焊接的温度循环，而且当焊接材料是高热敏材质时，易于在焊缝中发现到裂缝。因此，为了稳定焊接过程，许多科学家研究了双激光焊接。华中科技大学庞胜永等相关人员利用激光双焦点串联纳米排列方法和其他研究者使用纳米排列激光方法连接，共同研究了匙口的稳定性和熔池还有内部的耦合模型，双激光焊接铝浓度离合器和热盆内螺纹。热源模型由辐射跟踪法确定。结果可以证明，双焦点的焊接方式更加稳定并且容易控制，而匙孔的波动频率明显小于激光焊接。
三、激光焊接的应用现状
经过多年的研发，激光焊接技术的应用已覆盖汽车、油气管道、电车设备等制造领域。本文主要介绍激光焊接系统核心部件的应用和材料加工的技术应用。
（一）激光焊接系统核心零部件
1.激光器
激光器有许多种，但它们的结构是相同的，即结构由一个搅拌系统组成，可用于生产激光器。激光有源介质与光学谐振腔。经过多年的发展，激光器的性能有了很大的提高。激光器的种类有特别多，例如半导体激光器、光纤激光器、二氧化碳激光器等。
2.激光焊接头
伴随我国激光焊接技术的发展，各种各样的激光焊接元件被研发出来，功能多样。从左到右的焊接头依次有激光振镜扫描头、焊接摆动双光电、最高可承受50kW功率的焊接头以及光束整形头。
（二）激光焊接技术的工程化应用
在汽车生产过程中，激光可以减少车体重量并达到节能减排的效果，并且冲压装配汽车的制造过程中，使得车身精度、刚性和机身整合的过程中得到改善，这样增加了汽车的舒适性和生产力。激光焊接行业更广泛地用于汽车行业。内部汽车备件的制造车间，焊接门后，使用大型激光器（2至4毫米），而激光的功率在于2至4千瓦，在下面的接触式跟踪节点一路跟踪到边缘。钎焊的焊接技术可以有效的替代其他的焊接方法，而且可以肉眼可见地提升车体的整体美容和舒适度，强度也有显著提高。与普通焊接相比，激光焊接应根据真正所需接触材料的性能选择合适的保护气体，而激光焊接的速度更快，并且焊接效率更高，工作区小，部分加工工件不易变形。在某些特殊情况下，没有必要去热处理。而在机械生产的过程中使用着激光焊接的方法进行热处理可以有效提高焊接产品的质量，提高生产性能；激光焊接的技术符合当前清洁生产要求，在使用黏合剂焊接的过程中几乎没有炉渣和废物，可应用的激光技术焊接设备外观部件。如：医疗设备和常规机械产品的面板，可以使用激光焊接方法制作。能够有效地解决焊缝更加长、船板易出现变形等。激光焊接的工程化应用覆盖率相对于其他的焊接定位技术来讲，在宽度、横截面、在线监测等方面优势显著。基于干扰的方法成像技术，使用的全新焊接过程监控系统LDD-700，而其主要的3D成像模式允许与LDD-700容纳各种开放的几何变换。各个过程中可以精确地测量主要功率。而强大的软件可以支撑用户来解决监控方案，从而满足了不同生产需求。激光焊接也广泛用于管道焊接方面，而且利用激光焊接机器人，不仅提高了激光焊接的效率，还提高了焊缝的可靠性，并且焊接质量更加可靠。经过多年的持续研究，我国承担的ITER校正场线圈（以下简称CC），已经完成一大批超大功率的激光轴承以及等离子体的物理研究，按期完成了认证。激光焊接不但是高科技领域发展需求的关键技术，还是生产环节使用的重要的技术，国家和外国合作伙伴共同合作后，该技术取得重要突破，国内已经实现了万瓦级激光焊接技术。与此同时，这项技术的突破不仅仅保证了我国CC线圈的制造以及集成，还保证了激光焊接领域突破性技术的发展。一旦焊接完成，通常用于补偿预变形或利用加热方法，这些方法不和复合结构的化合物相对应。因此，激光焊接提供的一些低热负荷材料，而导致热量的高度集中在了空间。这些热传导的区域造成显著变形的节点残力。完成的焊接化合物结构化合物通常限于热成分，因为这些区域往往意味着造价更高的保护措施。而激光焊接的技术是能够提高高能束焊的一种高科技方式，并不需要真空以及热集中，并且热变形较小、精度较高、强焊缝、并且更容易实现的自动焊接等特点。在焊接优化工艺的结构后，激光焊接被应用在20kW的激光焊接设备中，在等同效应5kW检查区域用了20kW的激光焊接设备，彻底完成了CC线圈盒的全尺寸原型件的焊接。而这些测试结果足以表明，焊缝的质量能够完全符合ISO 13919-1B的要求，盒子的外部尺寸为≤2mm。绕组的表面温度则明显低于200°C，并且能够有多项指标完全的符合于接收的标准。
还可以用激光焊接进行定子铁芯的焊接，工艺流程先利用机器人进行自动化上料，之后最贴心的压装情况进行检测，展开激光焊接，焊接以后再次检测，之后打码清渣，完成自动下料。传统工艺的应用利用硅钢片作为定子铁芯的制作原料，通过剪切和冲制各类工艺的运用，将叠片叠加并且紧固，将叠装完成的定子外币纵向焊接汉方，使得各硅钢片的外表能够相互熔接，进而变成完整的定子。利用激光焊接和传统工艺对比优势如下：第一，电机铁芯的加工工艺有多种，包括焊接、铆接和胶结等形式，不但焊接质量高，而且成本低。第二，能够保证硅钢片外表能够相互熔接，变为定子整体；第三，焊接效果理想，且焊接过程对于硅钢片产生的破坏力相对较小，因此焊接变形量也相对较小，铁心扭矩量更高，因此磁通量更高。应用该工艺可以焊接动力电池、传感器、精密机械、汽车产品或者汽车滤清器等，因此，能够实现工程化应用。工艺流程图如6所示：
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图六：定子铁芯的激光焊接工艺流程图
此外，还可利用激光焊接工艺对于汽车空调压缩机的壳体进行焊接，在上壳体和主壳体、主壳体和定子、定子铁芯、泵体和壳体、下壳体和主壳体等结构均可利用该技术进行焊接。应用激光焊接工艺，不但能够实现连续焊接，而且焊接强度要高于母材，接头位置的强度也相对较高，压缩机的外观整齐，该技术的应用是将壳体材料融熔化，进而形成熔池进行连接，无需使用焊丝，焊接环节产生的热变形相对较小，因此，能够控制激光传导对于泵体产生伤害，还能控制生产成本。除此之外，还可利用激光焊接完成切管、编码打标、硅钢片切割、3D打印、部件焊接等，让空调压缩机产品制造品质能够得到保障，在激光焊接的支持下能够实现工程化应用。
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图七：空调压缩机剖面图
4 总结
综上所述，经过对激光焊接的加工、焊接和焊接应用缺陷、解决的研究梳理，不难看出其在工程领域取得较大的发展，从现有的研究和工程方法实践看来，国家和国内外科学家表述了激光焊接的结果。首先，在于激光焊接的过程中要寻找到实际的缺陷并且立足于初始研究的基础上，不断的优化工艺参数，改善、消除激光焊接的缺陷；而第二个要点则是尝试着使用震荡、磁场等方法，当外界能量与激光能量相结合了以后，检查新加工的过程中可能会出现的焊接稳定性问题，运用预防措施，试图解决在激光焊接中可能会出现的缺陷，借此来提高焊接连接的综合性能。激光焊接原始导热率在电流激光焊接方面应用高度可靠，使激光的应用领域不断扩大。激光焊接技术也在不断创新发展，预计在未来，激光焊接设备的使用将继续应用于较大的加工终端，促使中国生产水平升级。
参考文献：
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[2]金鹏，艾伯杰，张江涛，姜楚山，刘雨. 顶盖激光焊接工艺在轻量化车身中的运用[J]. 汽车制造业，2020,(10):32-34+38.