真空激光焊接技术研究现状与展望
激光焊接技术应用3篇
激光焊接技术应用第一篇：激光焊接技术的基本原理及应用激光焊接技术是一种高效、高精度的焊接方法，被广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗、机械等行业。
它主要利用激光束的高能量密度和狭窄聚焦的特性，将金属材料熔化并凝固成为一体。
下面将详细介绍激光焊接技术的基本原理及应用。
一、激光焊接技术的基本原理激光焊接技术是通过高能量密度的激光束对金属材料进行加热，使其熔化和凝固，实现金属之间的连接。
在激光焊接过程中，激光束被聚焦到比光束直径更小的区域内，形成数十万至数百万度的高温点。
这样的高温点可以迅速将金属熔化融合，并形成稳定的焊接连接。
激光焊接技术具有以下几个基本特点：1. 较高的功率密度：利用激光束的高能量密度加热金属材料，可以迅速进行熔化和凝固，实现高效、快速的焊接。
2. 狭窄的焊接区域：激光束可被聚焦到小于0.2mm的区域内，能够实现高精度、高质量的焊接。
3. 快速焊接速度：激光焊接可达到每秒10米的快速焊接速度，能够快速完成大批量的生产任务。
二、激光焊接技术的应用激光焊接技术被广泛应用于各种各样的工业领域。
下面是具体的应用举例：1. 航空航天领域：激光焊接技术能够实现高强度、高质量的金属结构焊接，因此在航空航天领域被广泛应用。
它可以用于制造飞机引擎部件、机身连接结构等。
2. 汽车行业：激光焊接技术可以用于汽车制造中的零部件制造和组装。
它可以用于车身、引擎、制动系统等组件的焊接，保证汽车安全性和性能。
3. 电子行业：激光焊接技术可以制造电子产品中的电池、触摸屏、芯片等关键部件。
它可以实现高精度的焊接，提高了产品的质量和可靠性。
4. 医疗行业：激光焊接技术可以用于医用器械的制造中。
例如，可以使用激光焊接技术制造人工关节、牙齿种植体等。
5. 其他行业：激光焊接技术还可以用于钢结构、家用电器、建筑材料等领域。
例如，它可以用于建筑钢结构的连接和家用电器中的焊接。
总之，激光焊接技术的应用领域非常广泛，优势明显，随着技术的不断发展，激光焊接技术将在各行各业的应用中得到更加广泛的推广和使用。
激光加工技术的应用及未来发展趋势
激光加工技术的应用及未来发展趋势激光加工技术是目前应用最广泛的高精度、高效率加工技术之一，在诸多领域发挥着重要的作用。
本文将从激光加工技术的应用、现状及未来发展趋势等方面展开分析讨论。
一、激光加工技术的应用激光加工技术的应用范围非常广泛，主要涵盖以下几个方面：1. 材料切割。
激光切割技术被广泛应用于金属、非金属材料的加工中，如通过对金属板材进行激光切割，可以高效地完成各种金属零件的制作。
2. 焊接。
激光焊接技术被广泛应用于汽车、机械、电子、航空等诸多领域，可以完成各种材料的高精度焊接，提高了产品的质量和生产效率。
3. 雕刻。
激光雕刻技术是目前应用最广泛的激光加工技术之一，被广泛应用于玉石、皮革、木材、彩金等材料的加工。
4. 理疗医疗。
激光技术在医疗领域应用的最为广泛的领域是激光治疗、激光手术、激光检测等。
二、激光加工技术的现状当前，激光加工技术已经成为了高精度、高效率的加工方法之一。
随着工业加工需求的不断增长，激光加工技术的应用范围也在不断扩大，其应用领域和发展方向也更加多样化。
目前，激光加工技术在中国的应用也非常广泛，尤其在汽车、航空、机械、电子、建筑等领域，激光加工技术的应用已经成为一种趋势。
虽然激光加工技术已经有了广泛的应用，但目前激光加工技术面临的问题也不容忽视。
例如，激光加工过程中的废气处理和粉尘处理问题、激光加工机器的成本昂贵等问题。
三、激光加工技术的未来发展趋势随着科技的不断进步，激光加工技术的应用前景也越来越广阔。
未来，激光加工技术的应用领域还将不断拓展，同时优化激光加工设备也将成为厂家竞争的重点。
未来激光加工技术的发展趋势主要体现在以下几个方面：1. 优化设备、成本更低。
未来的激光加工机将更加高效、便捷，操作起来更加人性化。
同时，通过技术革新和成本的降低，未来激光加工设备的成本会不断被压缩，这对于提高激光加工技术的普及和应用来说非常重要。
2. 更加精细化和智能化。
未来激光加工技术将更加智能化，加工精度将得到更大的提高。
激光熔覆技术研究现状及其发展
激光熔覆技术研究现状及其发展一、本文概述激光熔覆技术，作为一种先进的表面处理技术，近年来在材料科学、机械制造、航空航天等领域引起了广泛关注。
本文旨在全面综述激光熔覆技术的研究现状及其发展趋势，以期为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考。
文章首先将对激光熔覆技术的基本原理、特点及其应用领域进行简要介绍，然后重点分析当前激光熔覆技术的研究热点和难点，包括材料选择、工艺优化、性能评估等方面。
在此基础上，文章将探讨激光熔覆技术的发展趋势和未来展望，包括新材料、新工艺、新技术的应用以及环境友好型、智能化、高效化的发展趋势。
通过本文的综述，读者可以对激光熔覆技术的最新研究成果和发展动态有一个全面而深入的了解，为相关领域的研究和实践提供有益的借鉴和指导。
二、激光熔覆技术的研究现状激光熔覆技术自问世以来，就凭借其独特的优势在材料科学与工程领域引起了广泛的关注和研究。
该技术以其高精度、高能量密度和快速加热冷却过程等特点，使得在材料表面实现高质量、高性能的熔覆层成为可能。
随着科技的不断发展，激光熔覆技术的研究现状呈现出以下几个主要特点。
在材料选择方面，激光熔覆技术已经不仅仅局限于金属材料的熔覆。
近年来，陶瓷、高分子材料甚至复合材料的激光熔覆也开始得到研究，这极大地扩展了激光熔覆技术的应用范围。
同时，对于金属材料的熔覆，也逐步实现了多元化，涵盖了铁基、镍基、钴基等多种合金材料。
在熔覆过程控制方面，研究者们通过引入数值模拟、智能控制等技术手段，实现了对激光熔覆过程更为精准的控制。
这包括对激光功率、扫描速度、送粉速度等关键参数的优化，以及对熔池温度、形貌的实时监控和调控。
这些技术的发展，使得激光熔覆的质量稳定性和重复性得到了显著提升。
再次，在熔覆层性能提升方面，研究者们通过设计合理的熔覆层结构和成分，实现了对熔覆层硬度、耐磨性、耐腐蚀性等多种性能的提升。
同时，还通过引入纳米颗粒、增强相等手段，进一步优化了熔覆层的显微组织和性能。
激光焊接技术
图333 不同焊接参数与熔深的关系
为使焊缝平整光滑，实际焊接时，激光功率在开 始和结束时都设计有渐变过程，启动时激光功率 由小变大到预定值，结束焊接时激光功率由大变 小，焊缝才没有凹坑或斑痕。
二、激光脉冲宽度
激光热传导焊接中，激光脉冲宽度与焊缝深度有 直接关系，也就是说脉冲宽度决定了材料熔化的 深度和焊缝的宽度。据文献记载，熔深的大小随 脉宽的333次方增加 。如果单纯增加脉冲宽度，只会使焊缝变宽、过 熔，引起焊缝附近的金属氧化、变色甚至变形。 因此，特殊要求较大熔深时，可使聚焦镜的焦点 深入材料内部，使焊缝处发生轻微打孔，部份熔 化金属有汽化飞溅现象，焊缝深度变大，此时焊 缝表面平整度可能稍差。必要时，改变离焦量重 复焊接一遍，可使焊缝表面光滑美观。
33333 激光焊接技术的主要参数
对脉冲激光器来讲就是平均激光功率的大小，保 证了足够的激光功率，在热传导焊接中，激光器 工作于脉冲状态，因而脉冲能量、脉冲宽度和激 光重复频率就是很重要的参数。当然，激光外光 路的设计、聚焦系统、焊接时离焦量大小的影响 也是必须注意的，焊接的速度或者说光斑的重叠 率，激光脉冲的重复频率，也要有适当的配合。 为了防止焊接过程中工件材料的氧化，需要选用 适当的保护气体，而且保护气体的流量大小、吹 气方式，或者说是吹气喷嘴形状的设计都是很有 关系的。
三、激光脉冲波形
热传导型激光焊接使用重复脉冲激光焊接材料， 为了焊接效果好，就要对激光脉冲波形有一定要 求。 借用电子电路技术中仿真线的概念，由电感电容 网络组成仿真线，通过仿真线放电形成特定形状 的激光脉冲，一般通过333仿真线网络可以将 脉冲展宽，得到一个平顶宽脉冲。根据需要可以 使脉宽在3～333，最大可做到3333。
图333 333深熔焊接机示意
激光的应用与发展趋势
激光作为新能源代表，在许多领域都有更广泛应用。
本文从激光在当今社会的地位谈起，接着介绍激光在几大领域的应用现状，最后又分析了激光器以及全球激光产业发展趋势。
激光；激光产业；发展趋势激光器的发明是20 世纪中能与原子能、半导体、计算机相提并论的重大科技成就。
自诞生到现在得到了迅速发展，激光光源的浮现是人工创造光源历史上的又一次革命。
我国激光技术在起步阶段就发展迅速，无论是数量还是质量都和当时国际水平接近。
一项创新性技术能够如此迅速地赶上世界先进行列，这在我国近代科技发展史上并不多见。
能够将物理设想、技术方案顺利地转化成实际激光器件，主要得力于长春光机所多年来在技术光学、精密机械方面的综合能力和坚实基础。
一项新技术的开发，没有足够技术支撑很难形成气候[1] 。
在熟悉的反射、折射、吸收等光现象中，反射光、折射光的强度与入射光的强度成正比，这种现象称为线性光学现象。
如果强度除了与入射光强度成正比外，还与入射光强调成二次方、三次方乃至更高的方次，这就属非线性光学效应。
这些效应惟独在入射光足够大时才表现出来。
高功率激光器问世后，人们在激光与物质相互作用过程中观察到非线性光学现象，如频率变换，拉曼频移，自聚焦，布布里渊散射[ 2]等。
气态原子、份子处于永不停息运动中(速度接近340 m/s)，且不断与其它原子，份子碰撞，要“捕获”操作它们十分不易。
1997 年华裔科学家、美国斯坦福大学朱 棣文等人， 首次采用激光束将原子数冷却到极低温度， 使其速度比通常做热运动时降 低，达到“捕获”操作的目的。
具体做法是， 用六路俩俩成对的正交激光束， 用三个相互垂直的方向射向同一点， 光束始终将原子推向这点，于是约 106 个原子形成的小区，温度在 240 [3] 以下。
这样使原子的速度减至 10 m/s 两级。
后来又制成抗重力的光-磁陷阱，使原子在约 1s 内从控制区坠落后被捕获。
此项技术在光谱学、原子钟、研究量子效应方面有着广阔的应用前景。
激光熔化沉积焊接技术的研究与应用
激光熔化沉积焊接技术的研究与应用激光熔化沉积焊接技术是一种高效、精确的金属加工技术，近年来在制造业领域得到了广泛的应用。
本文将从技术原理、研究进展和应用领域三个方面来论述激光熔化沉积焊接技术的发展。
首先，我们来了解一下激光熔化沉积焊接技术的原理。
激光熔化沉积焊接技术是利用激光束对金属材料进行熔化，并通过喷嘴喷射金属粉末，将其熔化沉积在工件表面，从而实现焊接和修复的目的。
激光束的高能量密度和可控性使得焊接过程更加精确和高效。
同时，激光熔化沉积焊接技术还可以实现多材料的焊接，提高了工件的性能和使用寿命。
其次，我们来看一下激光熔化沉积焊接技术的研究进展。
随着科技的不断进步，激光熔化沉积焊接技术在材料科学、机械工程和航空航天等领域得到了广泛的应用。
研究人员通过改变激光参数、金属粉末的成分和粒径等方法，不断优化焊接过程和焊接质量。
例如，一些研究表明，采用狭窄的激光束和高功率密度可以提高焊接速度和焊缝质量，同时减少热影响区域的大小。
此外，一些新型的金属粉末合金也被应用于激光熔化沉积焊接技术中，以提高焊接强度和耐腐蚀性能。
最后，我们来探讨一下激光熔化沉积焊接技术的应用领域。
激光熔化沉积焊接技术广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备和医疗器械等领域。
在航空航天领域，激光熔化沉积焊接技术可以用于制造复杂形状的零件，并提高零件的强度和耐磨性。
在汽车制造领域，激光熔化沉积焊接技术可以用于汽车车身的修复和加固，延长汽车的使用寿命。
在电子设备领域，激光熔化沉积焊接技术可以用于电子元器件的组装和修复，提高电子设备的可靠性和性能。
在医疗器械领域，激光熔化沉积焊接技术可以用于制造人工关节和牙科种植体，提高医疗器械的生物相容性和使用寿命。
总之，激光熔化沉积焊接技术是一种高效、精确的金属加工技术，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步，激光熔化沉积焊接技术的研究和应用将会更加深入和广泛。
我们期待着这一技术在未来的发展中，为制造业的进步和发展做出更大的贡献。
激光焊接技术在锅炉制造中的应用前景探讨
激光焊接技术在锅炉制造中的应用前景探讨摘要：激光焊接是一种新兴的高效的用来焊接金属或合金的新型技术。
不论水管锅炉还是锅壳锅炉，焊接都是锅炉制造中最关键的技术与工序。
相比较于传统的焊接方式，激光焊接技术达到了更精准更快速的效果，更容易实现自动化，具备着传统焊接技术无法比拟的特点与优势，是国内锅炉焊接的一个重要发展方向。
在锅炉制造业中，国外已经有采用激光自熔焊接、窄间隙激光填丝等焊接技术的应用，也有耐热钢同种或异种焊接的激光焊接工艺，这些焊接技术都能有效代替现阶段锅炉制造中常用的中厚板焊接，并且能大幅度提高焊接效率。
近些年激光焊接技术的发展，已经能实现低功率激光焊接中厚板，降低了设备成本和焊接成本，又能满足锅炉制造中常用的焊接材料与板厚，所以激光焊接技术将来在我国锅炉制造中将有非常大的应用前景。
关键词：激光焊接、锅炉制造、应用前景1.激光焊接技术的内涵及分类激光焊接顾名思义就是传统焊接技术与现代激光科技的结合，其核心是利用高能量密度的激光束作为热源的高效精确焊接方式，通过对激光自身的高度集中，在短时间内形成强烈的脉冲，从而对材料进行加工和切割。
与常规的焊接相比，其准确度和灵敏度都要高得多，而且焊接尺寸也更小，所以非常适合于金属的细小部位焊接。
激光焊接技术借助于特定的介质往复振荡，并且对这一辐射能量进行聚焦，由此超过材料的燃点，最终实现不同材料之间的粘连。
目前的激光焊接有两种类型，一是激光深熔焊接，其主要是通过将大功率激光束直接投射到材料表面，利用热能与光能的转化，从而使得材料在持续照射下软化直至融化；另一类是热传导焊接技术，与激光深熔焊接的主要差异在于材料表层的热量通过热传导方式继续向材料内部传送，最终实现焊接材料的合二为一。
首先，激光焊接可使热影响区的金相变化幅度相对较少，使其对材料的导热作用产生的热效应降低至最少。
无需采用任何电极，无需担心对工件造成的污染和损伤，并且由于不是采用直接接触的焊接工艺，所以可以将对机器的损耗和工件的变形减到最小。
浅析中国焊接技术的现状与发展
李 洪 涛
科 雀蠢
浅析 中国焊 接 技术 的Fra bibliotek状 与发展 （ 尔 滨职 业技 术 学 院 ， 哈 黑龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ） ５０ ０
摘 要： 焊接是一 种低成本 、 高科技连接 材料的可靠工艺方法。 目 为止， 到 前 还没有 另外一种工艺比焊接 更为广泛地应 用于材料 间的连接 ， 并对 所焊产品产生曼大的附加值。 目 ， 前 焊接 已不再是一种单纯意义上的加工技 艺 ， 已发展成 为集 多种学科为一体的工程工艺科 学。随着科 学技 术的 它 进步与发展 ， 焊接在 未来工业 经济 中的作用和地位无法取代。浅要探 讨 了焊接技 术的发展 、 意义和存在 的问题 ， 并对未来焊接技 术的发展进行 了展
２ 焊接领域内的技术扩散。在焊接领域内， ． ３ 大多数企业（ 特别是焊接材料和焊接设备制造厂） 属于中、 小型企业 ， 自身的研究开发能力 比较弱 ， 在很大程度上依靠大学、 研究院所的研究力量。｝ 乏 期以来 ， 国焊接行业主要依靠这种以高等院校 我 为上游 ， 科研院所为中游 ， 企业为下游（ 科技成果 应用主体）的产学研合作链从事研究开发和研究 成果的转化。当合作创新链的源头和中、 上游部分 出现问题时，对下游的负面影响恐怕就勿需多言 了， 其结果当然可想而知了。 综Ｅ 所述，我们在技术进步的每个关键环节 匕 乎都存在着这样或那样的问题 ， 几 这不仅严重 地妨碍着焊接领域 的技术创新 ，而且引发出了一 系列 问题 ， 诸如 ： 水平低 、 工艺落后 、 自动化程度 低、 焊接质量差 、 生产效率低、 焊接材料 和焊接设 备品种少、 档次低等等 。中国焊接行业面临着“ 从 弱到强” 的发展课题 ， 技术创新和支撑体系建设 及 完善是今后发展的关键。因此， 焊接行业要如何充 分借鉴先进国家经验 ， 积极应对这—挑战 ， 以此 并 带动我 国焊接材料、 焊接设备 、 辅助机具 、 制造应 用等行业的健康发展。 ３焊接技术的未来展望 现代焊接技术 自诞生 以来一直受到诸学科最 新发展 的直接影响与引导 ， 众所周知 ， 受材料 ， 信 息学科新技术的影响 ，不仅导致了数十种焊接新 工艺的问世 ，而且也使得焊接工艺操作正经历着 手工焊到 自 动焊 、 动化 、 自 智能化的过渡 ， 已成 这 为公认的发展趋势。 ３ 能源方面。目 ， ． １ 前 焊接热源已 非常丰富， 如 火焰、 电弧、 电阻、 超声、 摩擦、 等离子、 电子束、 激光 束、 微波等等 ， 但焊接热源的研究与开发并未终 止， 其新的发展可概括为三个方面： 首先是对现有 热源的改善 ， 使它更为有效、 方便、 经济适用 ， 在这 方面， 电子束和激光束焊接的发展较显著 ； 其次是 开发更好 、 更有效的热源， 采用两种热源叠加以求 获得更强的能量密度 ， 例如在电子束焊中加入激 光束等 ； 第三是节能技术。由于焊接所消耗 的能源 很大， 所以出现了不少以节能为 目标的新技术 ， 如 太 阳能焊、 电阻点焊 、 螺柱焊机中利用电子技术 的 发展来提高焊机的功率因数等。 ３ ２计算机在焊接中的应用。 弧焊设备微机控 制系统 ， 可对焊接电流、 焊接速度 、 弧长等多项参 数进行分析和控制，对焊接操作程序和参数变化 等作出显示和数据保留 ，从而给出焊接质量的确 切信息 。目 前以计算机为核心建立的各种控制系 统包括焊捌 Ｉ序控制系统 、１ 质 ＰＤ调节系统 、 最佳控 制及 自 适应控制系统等。 这些系统均在电弧焊 、 压 焊和钎焊等不同的焊接方法中得到应用。计算机 软件技术在焊接 中的应用越来越得到人们 的重 视 。目前 ， 计算机模拟技术已用于焊接热过程 、 焊
激光焊接技术原理及工艺分析
激光焊接技术原理及工艺分析激光焊接是一种利用高能量激光束进行材料焊接的技术。
它将激光光束聚焦到焊接点上，通过高能量密度的激光束短时间内加热材料，使其熔化并形成焊缝。
激光焊接的原理是利用激光的高强度和高能量密度。
激光是由激光器产生的一种狭窄、一致、相干的光束，具有较高的单色性和方向性。
激光束经过透镜聚焦后，能够将光束的能量集中到一个非常小的点上，从而形成高能量密度的光斑。
在这个高能量密度的光斑中，材料会迅速升温，达到熔化温度并形成焊缝。
激光焊接的工艺分析主要包括以下几个方面：1. 激光参数选择：激光焊接中，激光的功率、波长、脉冲频率等参数都会对焊接效果产生影响，需要根据具体材料和焊接要求选择合适的参数。
功率过大会产生焊缝熔穿，功率过小则焊缝质量不达标。
2. 材料选择：不同材料对激光焊接的适应性不同。
一些金属材料如铝合金、不锈钢等较容易进行激光焊接，而一些非金属材料如聚合物、陶瓷等则较难焊接。
3. 聚焦方式选择：激光焊接中，激光束的聚焦方式可以采用透镜、镜面反射等方法。
选择适当的聚焦方式可以提高焊接效果和效率。
4. 热影响区分析：激光焊接产生的高能量热源会对周围材料产生热影响，造成热变形、应力集中等问题。
需要通过优化焊接参数和调整焊接工艺，减小热影响区，降低热变形和应力。
5. 焊接质量控制：激光焊接中，焊缝形状、焊缝宽度、焊接深度等焊接质量指标直接影响焊接的可靠性。
需要通过严格控制焊接工艺参数和焊接设备的运行状态，保证焊接质量。
激光焊接技术具有焊接速度快、热影响区小、焊缝质量高等优势，已广泛应用于汽车制造、航空航天、电子电器等行业。
随着激光技术的不断发展，激光焊接技术将会在更多领域得到应用。
论激光焊接技术的应用
论激光焊接技术的应用论激光焊接技术的应用摘要：在世界各国的制造业中，激光应用一直都是热点和重点。
由于它能满足当前工业要求的节能无污染、高效率、智能化等要求，所以激光在工业制造的很多领域都有广泛的应用和发展。
而其中激光焊接技术又是激光应用中最主要的一项。
本文主要根据激光焊接技术当前应用中存在的一些不足或者自身的缺陷，以及针对激光焊接技术的优势做出大胆的应用前景分析。
激光焊接技术又包括了等离子体控制、激光器的制造以及智能化检测焊接的过程等技术，有效合理地利用好激光焊接技术，可以促进我国工业的进步与发展。
关键词：激光焊接技术;存在的问题;应用与发展引言激光的研究与发展已经有五十年左右的历史了，是通过光源在被辐射过程被动放大化后产生的。
它的使用功率和质量在不断改进中有了很大的提高，激光加工技术因此成了二十一世纪在材料加工方向最有发展前景的应用技术之一。
激光焊接技术是在材料加工方面应用最广泛的一种，运用在很多行业，包括轮船制造业、汽车制造业、建筑业及航天制造业等。
正确的运用激光焊接技术可以带来很多方面的便捷和高效，是工业的一项新型技术，值得广泛推广。
1 当前激光焊接技术还存在的一些问题1.1 焊接过程存在气孔焊接过程为什么会有气孔的伴随出现一直还是个谜，人们一般的猜测是，激光在焊接冷却中由于氢的溶解性突然变差所以产生了氢气孔或者是激光束会引发熔解池金属变化匙孔发生变动[1]，熔池内的金属发生紊流从而产生了气孔。
科学的解释一般有两种，一种是在高温条件下氢大量融入导致了焊接微型气孔的生成，另一种则是认为气孔不规则的生成是由于其中镁元素的蒸发燃烧损耗导致的。
1.2 焊接过程容易不稳定激光在深熔的焊接过程中往往会伴随匙孔效应的发生，由于匙孔主要是由等离子体和金属蒸汽组成的，这些气体会对激光有较强的.吸收辐射作用，所以导致了在焊接过程中出现了不稳定。
只要激光辐射照明度低于一定的标准，就会发生深熔焊和热传导焊不停发生变幻，形成了焊接的不稳定。
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真空激光焊接技术研究现状与展望 蔡创１，２，陈辉１，张卫华２ ｔ西南交通大学材料科学与工程学院，成都６１０００３； ｚ西南交通大学牵引动力国家重点实验室，成都６１０００３
Ｒｅｖｉｅｗ ２０１７年，第４４卷，第１０期
摘要：真空环境下激光焊接熔深得到显著提高，焊缝成形及气孔等缺陷得到极大改善，可以获得常规激光焊接方法难 以获得的显著效果。近些年，有关真空激光焊接过程机理，低真空甚至局部负压环境激光焊接装置的研究日益完善， 真空激光焊接技术在船舶、核电及压力容器等领域大厚板焊接中展现出良好的应用前景。本文首要概述环境压力变化 对激光焊缝熔深，焊缝表面成形及气孔等缺陷的影响规律，从焊接过程等离子体羽辉及匙孔、熔池的动态行为特性方 面总结国内外学者有关真空激光焊接机理的研究成果，并介绍了真空焊接技术在工业领域的应用情况，最后对目前已 报道的研究中存在的问题进行分析并对真空焊接技术的发展前景进行展望。 关键词：真空环境；激光焊接；等离子体羽辉；匙孔及熔池行为 中图分类号：ＴＧ４５６．７ 文献标志码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ 一 ●１● ● ＪａＳｅｒ ｗｅＪ｜］Ｉｌｎｇ ＵｎｃＩｅｒ ｖａｃｕｕｍ
Ｃｈｕａｎｇ ＣａＰ，２，Ｈｕｉ Ｃｈｅｎ ａｎｄ Ｗｅｉｈｕａ Ｚｈａｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ］ｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０００３，Ｃｈｉｎａ； Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｏｗｅ￣Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１０００３，Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ，ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ｖａｃｕｕｍ．Ｔｈｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄ ｓｅａｍ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｈａｒｐｌｙ￣Ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｄｅｆｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ，ｎｕｍｅｒｏｕｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｌｏｗ ｖａｃｕｕｍ ａｎｄ ＩｏｃａＩ ｓｕｂａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｎｄｅｒｔａｋｅｎ．Ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｖａｃｕｕｍ ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｔｈｅ ｗｏｎｄｅｒｆｕｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｔｏ ｗｅｌｄ ｔｈｅ ｔｈｉｃｋ ｐｌａｔｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｈｉｐｂｕｉｌｄｉｎｇ．ｎｕｃｌｅａｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｓｓｅｌｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ａｍｂｉｅｎｔ ｐｒｅｓ－ ｓｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ，ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｄｅｆｅｃｔ ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｏｖｅｍｅａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｉｎｄｉｎｇｓ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｉａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｖａｃｕｕｍ ｗｅｒｅ ｅｌａｂｏｒａｔｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｐｌａｓｍａ ｐｌｕｍｅ，ｋｅｙｈｏｌｅ ａｎｄ ｍｏｌｔｅｎ ｐｏｏｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｖａｃｕｕｍ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ。Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｒｅｐｏｒｔｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖａｃｕｕｍ；ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ；ｐｌａｓｍａ ｐｌｕｍｅ；ｋｅｙｈｏｌｅ ａｎｄ ｍｏｌｔｅｎ ｐｏｏｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ＤＯｈ １０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３．５０１Ｘ．２０１７．１０．００１ Ｃｉｔａｔｉｏｎ：Ｏｐｔｏ—Ｅｌｅｃ Ｅｎｇ，２０１７，４４（１０）：９４５—９５２
１ 引 言 激光焊接由于其能量密度大自动化程度高，具备 收稿日期：２０１７－０８＿２１；收到修改稿日期：２０１７－０９—１８ Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｈｚｈａｎｇｓｗｊｔｕ＠１ ２６．ｃｏｍ
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高质量、低变形、高精度、高效率及高柔性等特点， 已被广泛应用于航空航天、核电、船舶、汽车、电子 等领域，并被称为“２１世纪最有发展潜力的高效智能 化焊接方法之一”。近年来，随着大功率、高光束质量 激光器制造技术的快速发展，其在船舶、核电、压力 容器等工业领域厚板深熔焊方面的应用备受关注。但 是，大功率激光焊接过程中，等离子体羽辉对激光的 屏蔽作用增强，一方面，致密等离子体羽辉对激光的 吸收和散射降低了激光能量的传输效率；另一方面， 致密等离子体羽辉对激光的折射影响焊缝的成形。此 外，铝合金材料激光深熔焊过程中匙孔的不稳定性和 熔池的流动行为对焊缝气孔的影响也是学者们的研究 焦点。 目前，学者们抑制等离子体羽辉采取的方法有： １）脉冲激光法…，调整脉冲激光的工艺参数，使 脉冲激光作用于等离子体消散时，抑制等离子体对激 光的屏蔽作用； ２）摆动激光法ｌ ２＿，通过激光束沿焊接方向上的来 回摆动可有效“规避”等离子体羽辉； ３）改变保护气成分（采用Ｈｅ和Ａｒ混合保护气） ， 采用Ｈｅ和Ａｒ混合保护气时，等离子羽辉的温度相比 纯Ａｒ气时有明显的降低，Ｈｅ气的加入对等离子体羽 辉有一定的抑制作用； ４）加侧吹气流【４］，采用侧吹保护气的方法可以吹 散部分等离子体，降低等离子体对激光的折射效应， 提高激光能量的传输效率； ５）外加电磁场［５ｌ６］，激光焊接过程中，外加适当的 电磁场可以有效“驱散”等离子体，增大激光能量的 吸收率。 上述方法虽然在一定程度上增大了激光深熔焊过 程中能量的传输效率，但是针对铝合金等材料，对熔 深的增大及焊缝成形的改善效果并不明显。 近年来有研究表明，在真空环境下，激光焊缝的 熔深显著增大，焊缝气孔缺陷和焊缝成形得到极大的 改善。日本的大阪大学，国内的哈尔滨工业大学、上 海交通大学、华中科技大学、西北工业大学等单位研 究了不锈钢、铝合金和高温合金等材料在真空环境下 激光焊接成形特性。基于等离子体形貌及物理特性分 析了真空环境下激光能量的传输特性，解释了焊缝熔 深增大的原因。基于图像监测、数值模拟的方法分析 了环境压力对激光深熔焊过程中匙孔及熔池动态行为 的影响。 本文首先简要概述真空激光焊接特性，包括环境 压力变化对焊缝熔深、焊缝表面成形及气孔等缺陷的 影响规律，从焊接过程等离子体羽辉及匙孔、熔池的 动态行为特性方面总结国内外学者有关真空激光焊接 机理的研究成果，并介绍了真空焊接技术在工业领域 ２０１７年，第４４卷，第１０期 的应用情况，最后对目前已报道的研究中存在的问题 进行分析及真空焊接技术的发展前景进行展望。
２真空环境下激光焊接特性 大阪大学Ａｒａｔａ［ 】在１９８５年率先开展真空激光焊 接的研究，作者发现随着环境压力的减小，钢的激光 焊熔深显著增大，当环境压力为１０。Ｔｏｒｒ（约０．１ Ｐａ）， 激光功率为１１ ｋＷ，焊接速度为１０ ｃｍ／ｍｉｎ时，焊缝 熔深可达到４０ ＩＴｌｍ，如图１所示。基于高速摄像和ｘ 射线透射结果可知，低真空环境下（低于几Ｔｏｒｒ）激光 致等离子体几乎完全被抑制，并且匙孔特征与电子束 焊接几乎相同。此后真空激光焊接技术的研究未见报 道，直到２００１年，大阪大学Ｋａｔａｙａｍａ［。】研究了环境压 力为３０ Ｐａ～３００００ Ｐａ时不锈钢和铝合金的激光焊接特 性，同样，作者发现随着环境压力的减小，焊缝的熔 深增大，熔宽变小。
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Ｗｅｌｄｉｎｇ ｓｐｅｅｄ／（ｃｍ－ｍｉｎ ） 图１ 低真空环境下激光焊缝熔深【 ． Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｌｏｗ ｖａｃｕｕｍ
低真空环境下，激光焊接的熔深可大幅增大，在 实现大厚板的深熔焊接方面展现出较强的优势。 Ｋａｔａｙａｍａ 加 在２０１ １年建立一套可实现大功率真空激 ＤＯＩ：１Ｏ．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００３—５０１Ｘ．２０１７ １Ｏ．００１ 光焊接的装置，如图２所示，真空舱内压力可达到 ０．１ ｋＰａ，组合两台ＹＡＧ激光器使激光输出功率最大 可达２６ ｋＷ，通过对不锈钢进行真空激光焊接试验 （环境压力为０．ｔ ｋＰａ），发现焊缝熔深最大可达到７３ ｍｍ，如图３所示。当激光功率较大为１６ ｋＷ时，环 境压力降低可以有效抑制焊缝表面的飞溅缺陷，但 是，当环境压力低于１ ｋＰａ时，焊缝出现驼峰缺陷。 从Ｋａｔａｙａｍａ的试验结果可以看出，真空环境下激 光焊缝的熔深并非随环境压力的减小线性增大，而是 当环境压力低于某一数量级时，焊缝熔深大小趋于稳 定，即真空度对焊缝成形和质量的影响存在临界值， 德国学者Ｂｏｒｎｅｒｍ１也发现同样的现象，但是作者并没 有对此进行深入的研究。哈尔滨工业大学李俐群［１２，ｎＪ 自主研制一套可实现高真空环境的装置（极限真空度 可达到ｌ０ Ｐａ数量级），并对真空激光焊接的极限真空 度展开系统的研究，作者首先研究了铝合金激光焊缝 熔深随焊接环境压力的变化规律，发现当环境压力低 于１Ｏ－Ｐａ时，焊缝熔深基本不再发生变化，如图４所 示。并且作者也认为焊缝熔深的变化与光致等离子体 羽辉特性有关，并观察了铝合金、钛合金、镍基合金 和不锈钢真空激光焊接过程中等离子羽辉形貌，发现 当舱内压力低于１０ Ｐａ时，等离子体羽辉的截面面积
（ｂ）
图２ 大功率真空激光焊接装置 ．（ａ）总体示意图．（ｂ）真空舱实物图． Ｆｉｇ．２ Ｖａｃｕｕｍ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ ｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒ ｌａｓｅｒ ｗｅｌｄｉｎｇ［９】＿（ａ）Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ（ｂ）Ｐｈｏｔｏ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ