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對接焊、搭接焊、填絲焊——焊接術(shu)語的(de)范圍和這個技術(shu)本身一樣廣泛多(duo)變(bian)。激光(guang)焊接和激光(guang)釬焊是熱(re)接縫(feng)方法(fa)中(zhong)的(de)兩種標準化的(de)接縫(feng)工藝。

與(yu)傳統的(de)電(dian)弧焊接工藝相比，激光束接縫有很多好處：

• 小區域內選擇性(xing)的能量(liang)應(ying)用：降低熱應(ying)力(li)和減小熱影響區，極(ji)低的畸變

• 接合縫窄、表面平滑：降低甚至消滅(mie)再加工(gong)

• 高強度與(yu)低焊接體積結合：焊接后的工件可以經(jing)受彎曲或者液壓成形

• 易于集(ji)成：可與其他(ta)生產(chan)操作結(jie)合，例如(ru)對準或者彎曲

• 接縫(feng)只有一邊需要接近(jin)

• 高工藝速度縮短加工時間

• 特別適用(yong)于(yu)自動化技術

• 良(liang)好的程序控(kong)制：機(ji)床控(kong)制和傳感器系統檢測工藝(yi)參數并保證質量

• 激光束(shu)可以不(bu)接觸工(gong)件表面或者不(bu)對工(gong)件施加力(li)的情況下(xia)產(chan)生焊點

圖1 熱傳導焊接中，表面被熔(rong)化(hua)

激光(guang)束(shu)可以在金屬表面連接工件或者產生(sheng)深焊縫，也可以和傳統(tong)的(de)焊接方法(fa)相結合或用(yong)作釬焊。

熱(re)傳導焊(han)接中，激(ji)光束(shu)沿著(zhu)共同的(de)接縫(feng)熔化相配零件，熔融材料流到一起并凝固，產生一個不需要任何額外研磨或(huo)精加工的(de)平滑、圓(yuan)形的(de)焊(han)縫(feng)。

圖(tu)2 深(shen)熔(rong)焊產生一個充滿蒸氣的(de)孔，或(huo)者叫小孔效應

熱傳(chuan)導焊(han)接(jie)(jie)深度范圍在僅(jin)僅(jin)幾十分之一毫米到一毫米。金(jin)屬的熱導率限制了最大(da)的焊(han)接(jie)(jie)深度，焊(han)接(jie)(jie)點的寬度總是大(da)于它的深度。

圖3 變速器部件的深(shen)熔(rong)焊

圖(tu)4 顯(xian)微鏡(jing)下觀察到的激光焊(han)接橫(heng)截(jie)面

如果熱量不能迅速地散(san)去(qu)，加工溫度就會(hui)上升到氣(qi)化溫度以上，金(jin)屬蒸氣(qi)形成，焊接深度急劇(ju)增加，工藝(yi)變成了深熔焊。

深熔焊需要大約 1 MW/cm² 的極高功率密度。激光束熔化金屬的同時產生蒸氣，蒸氣在熔融金屬上施加壓力并部分取代它，同時，材料繼續熔化，產生一個深、窄、充滿蒸氣的孔，即小孔效應。激光束沿著焊縫前進，小孔隨之移動，熔融金屬環流小孔并在其軌跡內凝固，產生一個深、窄的內部結構均勻的焊接，焊接深度可能比焊接寬度的大十倍，達到25mm 或者更深。

深熔(rong)焊(han)的(de)特(te)征在于高效率和快速(su)的(de)焊(han)接(jie)速(su)度(du)(du)，熱影響區很小，畸變(bian)可控制(zhi)在最低限度(du)(du)，常用于需要(yao)深熔(rong)焊(han)接(jie)或者多層材(cai)料需要(yao)同時焊(han)接(jie)的(de)應(ying)用中。

活躍氣體(ti)和保(bao)護氣體(ti)在焊接過程中輔助激光束。

活躍氣體用于 CO₂ 激光器焊接，以防止工件表面形成等離子體云阻礙激光束。

保(bao)護(hu)氣體(ti)用以保(bao)護(hu)焊(han)接(jie)表面不受環(huan)境空(kong)氣影響，保(bao)護(hu)氣體(ti)到工件的流動是非湍流的（層流）。

填充材料通常以絲(si)或(huo)者粉末添加到(dao)要被(bei)連接的點(dian)上。其(qi)作用：

1. 填補過寬或(huo)不規則的縫(feng)隙，減(jian)少接(jie)縫(feng)準備所需的工(gong)作(zuo)量(liang)。

2. 填(tian)充物以特定形式(shi)的成分(fen)添加到(dao)熔融(rong)金屬上(shang)從而改變材料的焊接適用性、強度、耐(nai)久性和抗腐蝕性等。

復合(he)(he)焊(han)接(jie)(jie)技術(shu)是(shi)(shi)指激光焊(han)接(jie)(jie)和(he)其他焊(han)接(jie)(jie)方法(fa)相結合(he)(he)的(de)工藝(yi)。可兼容的(de)工藝(yi)是(shi)(shi) MIG（惰性(xing)氣體(ti)保護(hu)焊(han)）或(huo)者 MAG（活性(xing)氣體(ti)保護(hu)焊(han)）焊(han)接(jie)(jie)，TIG（鎢極(ji)惰性(xing)氣體(ti)焊(han)接(jie)(jie)）或(huo)者等離(li)子體(ti)焊(han)接(jie)(jie)。復合(he)(he)焊(han)接(jie)(jie)技術(shu)比單獨的(de) MIG 焊(han)接(jie)(jie)更(geng)快、零件變形更(geng)少(shao)。

激(ji)光釬(han)焊中，相(xiang)配零(ling)(ling)件通過填充(chong)材料或者釬(han)料連接在(zai)一(yi)起。釬(han)料的熔化(hua)溫(wen)度低于(yu)母材的熔化(hua)溫(wen)度，在(zai)釬(han)焊過程中只有釬(han)料被熔化(hua)，相(xiang)配零(ling)(ling)件僅(jin)被加熱。釬(han)料熔化(hua)流入到零(ling)(ling)件之間的缺口(kou)并(bing)與工(gong)件表面結(jie)合(he)（擴散結(jie)合(he)）。

釬焊接頭強度和焊料材料一樣，接縫表面(mian)平滑清(qing)潔，無(wu)需精加工(gong)，常用于汽車車身加工(gong)，比如后備箱蓋或者車頂。

圖5 使用填充(chong)焊(han)絲(si)，活躍氣(qi)體和保護氣(qi)體的激光焊(han)接

傳感器(qi)用于(yu)檢測和調(diao)節某些參(can)數，包括工(gong)作距離、激光(guang)束(shu)在接縫間隙(xi)的位置、光(guang)學(xue)透鏡(jing)調(diao)整角度以及填充材料的數量，以保證零件加工(gong)過程中的焊接質(zhi)量，并且(qie)檢測出劣質(zhi)的零件。

當激(ji)光束(shu)用(yong)來焊(han)接(jie)材(cai)料中的對接(jie)接(jie)頭時(shi)，追蹤接(jie)縫(feng)間隙軌(gui)跡(ji)和正確(que)定(ding)位激(ji)光束(shu)，確(que)保(bao)激(ji)光束(shu)保(bao)持(chi)在接(jie)縫(feng)間隙的同一(yi)個(ge)位置。

可以將傳感(gan)(gan)器系統結合(he)來實現對焊(han)接(jie)(jie)(jie)過程(cheng)更全面(mian)的監測。包括“焊(han)接(jie)(jie)(jie)前”、“焊(han)接(jie)(jie)(jie)內”、“焊(han)接(jie)(jie)(jie)后(hou)”傳感(gan)(gan)器。

焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)前(qian)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)位于焊(han)(han)點之前(qian)追蹤焊(han)(han)縫和定位激(ji)光(guang)束。焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)中(zhong)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)中(zhong)使用(yong)照相機或者二極(ji)(ji)管(guan)檢測焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)過程(cheng)，基(ji)于相機的系(xi)統分析鎖眼和焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)池，采用(yong)二極(ji)(ji)管(guan)的系(xi)統能(neng)夠檢測加(jia)工光(guang)、熱輻射或者反射激(ji)光(guang)的強度。焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)后(hou)傳(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)檢查完成(cheng)的焊(han)(han)點，確定焊(han)(han)點是否(fou)符(fu)合質量要求(qiu)。

傳感器(qi)依靠程序化的(de)極限值來區(qu)別零件(jian)的(de)優劣(lie)。

激(ji)光焊接機的設計取決(jue)于很多因(yin)素(su)，如工(gong)件形狀、焊接幾何結構、焊接類型、生產量、生產自動化程(cheng)度(du)，以及(ji)工(gong)藝和材料等等。

小型(xing)工(gong)件(jian)通常采用手動(dong)工(gong)作站執(zhi)行焊接工(gong)作，例如焊接珠寶或者(zhe)修復(fu)工(gong)具(ju)。

有(you)時候，激光束只需要沿著(zhu)單一(yi)的移動軸(zhou)焊(han)接(jie)(jie)。比如使(shi)用(yong)縫焊(han)接(jie)(jie)機或(huo)者管焊(han)接(jie)(jie)系統(tong)進(jin)行管材焊(han)接(jie)(jie)或(huo)者縫焊(han)接(jie)(jie)。

激光(guang)束通(tong)常連接(jie)以立(li)體焊接(jie)幾何結構為特征的三維零件(jian)。采用五軸基(ji)于坐標(biao)的激光(guang)單元和一(yi)組可移動的光(guang)學配件(jian)。

掃描振鏡在(zai)離(li)工件很遠(yuan)的(de)距(ju)離(li)引導激光(guang)束(shu)，而在(zai)其他焊(han)接方法中(zhong)，光(guang)學透鏡是在(zai)離(li)工件很近的(de)距(ju)離(li)引導激光(guang)束(shu)。

掃描(miao)振(zhen)鏡依(yi)靠一個或者兩個可(ke)移動(dong)的(de)反射鏡，快速(su)定位激(ji)光束(shu)，使得(de)復位焊(han)縫之間的(de)光束(shu)所需時間接近為0，從而提高產能，適用于(yu)生產大(da)量(liang)的(de)短焊(han)縫，并(bing)可(ke)以(yi)優(you)化焊(han)接順序(xu)來保證最小的(de)熱量(liang)輸入和畸變。

遠(yuan)程(cheng)焊接系(xi)統有兩種(zhong)實現方式。第(di)一種(zhong)是一個遠(yuan)程(cheng)焊接系(xi)統。工件放置在掃(sao)描光學(xue)振鏡下工作(zuo)區域內(nei)，然后被焊接。在短(duan)時間內(nei)焊接大量零(ling)件時，在光學(xue)振鏡下通過機器連續不斷地運輸零(ling)件，這個過程(cheng)被稱(cheng)作(zuo)飛行(xing)焊接。

第二種(zhong)是承載掃(sao)描(miao)光學振(zhen)鏡的機(ji)器(qi)人執行(xing)大的移動量，同時(shi)，掃(sao)描(miao)光學振(zhen)鏡保證(zheng)激光束沿著工件來回(hui)移動時(shi)的精密定(ding)位。機(ji)器(qi)控制同步機(ji)器(qi)人和掃(sao)描(miao)光學透鏡的重疊移動，它測量機(ji)器(qi)人幾(ji)毫(hao)米內的精確的空間位置(zhi)，控制系統將測量的位置(zhi)與程序(xu)路徑對比。如果檢測到偏差(cha)，就會通過掃(sao)描(miao)光學振(zhen)鏡進(jin)行(xing)補償(chang)控制。

激光焊(han)(han)接(jie)工藝(yi)開發了(le)大范圍的應用(yong)可(ke)能性(xing)。高(gao)質量、極小的再加工、低(di)成本(ben)效益成為大力推廣激光焊(han)(han)接(jie)工藝(yi)的有(you)力論據。未(wei)來激光焊(han)(han)接(jie)工藝(yi)會變成像激光切(qie)割(ge)那樣成熟。