激光焊接機(jī)：原理、應(yīng)用與未來展望

一、激光焊接機(jī)的工藝原理

激光焊接機(jī)是一種先進(jìn)的焊接設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。它主要由激光器、光束傳輸設(shè)備、焊接頭部、工作平臺(tái)等部分組成。其工作原理是將激光束聚焦到特定焦點(diǎn)，形成高能密度的光束區(qū)域。當(dāng)這一高能密度的激光束照射到金屬表面時(shí)，會(huì)迅速加熱金屬，使其達(dá)到熔點(diǎn)并熔化。隨后，經(jīng)過熔化池的攪動(dòng)、流動(dòng)、冷卻以及再結(jié)晶等一系列過程，最終實(shí)現(xiàn)焊接。

在激光焊接機(jī)的發(fā)展過程中，多種焊接技術(shù)逐漸成熟并得到廣泛應(yīng)用，如單脈沖激光焊接、雙脈沖激光焊接、激光釬焊、激光深焊接等。這些技術(shù)各有特點(diǎn)，適用于不同的焊接需求。例如，單脈沖激光焊接適用于一些對(duì)焊接熱影響要求較低、焊接點(diǎn)較小的場(chǎng)合；而激光深焊接則能夠?qū)崿F(xiàn)較厚材料的焊接，在航空航天等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

與傳統(tǒng)焊接技術(shù)相比，激光焊接機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。它的焊接質(zhì)量高，焊縫尺寸小，熱效應(yīng)小，這使得它非常適合焊接高品質(zhì)材料，能夠最大程度地減少對(duì)材料性能的影響，保證焊接后的材料仍具有良好的力學(xué)性能和外觀質(zhì)量。此外，激光焊接機(jī)的自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)效率高，可大幅提高生產(chǎn)效率，是傳統(tǒng)焊接技術(shù)的重要替代方案。

二、可焊接的材料范圍

激光焊接機(jī)具有廣泛的材料適應(yīng)性，可以焊接各種金屬材料，如鋁、鎂、鋼、銅等。不同的金屬材料具有不同的物理和化學(xué)性質(zhì)，激光焊接機(jī)能夠根據(jù)材料的特性，通過調(diào)整激光參數(shù)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。例如，對(duì)于鋁和鎂等輕金屬，激光焊接可以快速完成焊接過程，減少熱影響區(qū)，避免材料變形；對(duì)于鋼和銅等金屬，激光焊接能夠保證焊縫的強(qiáng)度和密封性。

除了單一金屬材料，現(xiàn)代激光焊接技術(shù)還可以焊接不同材質(zhì)的組合件，如鋼鋁復(fù)合板、陶瓷金屬復(fù)合材料等。在焊接這些復(fù)合材料時(shí)，激光焊接機(jī)能夠精確控制焊接過程中的熱量輸入，減小熱影響區(qū)，提高焊接強(qiáng)度和耐磨性，從而提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量。例如，在汽車制造中，鋼鋁復(fù)合板的應(yīng)用越來越廣泛，激光焊接技術(shù)能夠有效地將鋼和鋁兩種不同材質(zhì)焊接在一起，滿足汽車輕量化和高強(qiáng)度的要求。

三、焊接過程中使用的氣體

在激光焊接過程中，氣體起著至關(guān)重要的作用。它可以清除焊接池中的雜質(zhì)，控制過熱區(qū)域的大小，防止空氣對(duì)焊接材料造成污染，從而保證焊接質(zhì)量。常用的氣體有氦氣、氮?dú)狻⒀鯕?、氬氣等。不同的焊接任?wù)需要選擇不同的氣體類型和流量，以達(dá)到最佳的焊接效果。

氦氣具有良好的熱傳導(dǎo)性和惰性，能夠快速帶走焊接過程中產(chǎn)生的熱量，減少熱影響區(qū)，適用于一些對(duì)熱影響要求較高的焊接場(chǎng)合。氮?dú)馐且环N常用的保護(hù)氣體，它價(jià)格相對(duì)較低，能夠有效地防止焊接材料氧化，提高焊縫的質(zhì)量。氧氣在某些情況下可以作為活性氣體使用，它能夠與金屬發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)焊接過程的進(jìn)行，但需要嚴(yán)格控制氧氣的流量，以免產(chǎn)生過多的氧化物。氬氣是一種惰性氣體，具有良好的保護(hù)性能，能夠有效地隔絕空氣，防止焊接材料氧化和氮化，是激光焊接中最常用的保護(hù)氣體之一。

四、激光焊接機(jī)的操作方法

激光焊接機(jī)的操作方法比傳統(tǒng)焊接技術(shù)更為復(fù)雜。在開始焊接前，需要進(jìn)行嚴(yán)格的預(yù)處理工作。首先，要對(duì)工件進(jìn)行準(zhǔn)確定位，確保焊接位置的準(zhǔn)確性。這可能需要使用專門的定位工具和夾具，以保證工件在焊接過程中不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。其次，要對(duì)工件表面進(jìn)行處理，去除表面的油污、氧化層等雜質(zhì)，以提高焊接質(zhì)量。表面處理的方法可以包括機(jī)械打磨、化學(xué)清洗等。

在焊接過程中，需要持續(xù)控制光束焦點(diǎn)和功率。光束焦點(diǎn)的位置直接影響到激光能量的分布和焊接效果，需要根據(jù)工件的厚度、材質(zhì)等因素進(jìn)行調(diào)整。功率的大小則決定了焊接的速度和深度，需要根據(jù)焊接要求進(jìn)行精確控制。同時(shí)，要嚴(yán)格控制氣體的流量和壓力，確保氣體能夠有效地保護(hù)焊接區(qū)域。此外，還需要及時(shí)清理焊接頭部和熔池雜質(zhì)，防止雜質(zhì)影響焊接質(zhì)量。

激光焊接的焊接觸發(fā)方式通常有強(qiáng)制觸發(fā)和自動(dòng)跟蹤觸發(fā)方式。強(qiáng)制觸發(fā)是指通過手動(dòng)操作或預(yù)先設(shè)定的程序來觸發(fā)焊接過程；自動(dòng)跟蹤觸發(fā)則是利用傳感器等設(shè)備自動(dòng)檢測(cè)焊接位置和條件，當(dāng)滿足一定條件時(shí)自動(dòng)觸發(fā)焊接。

五、市場(chǎng)上激光焊接機(jī)的特點(diǎn)對(duì)比

目前市場(chǎng)上銷售的國產(chǎn)及進(jìn)口的各類型號(hào)的激光焊接機(jī)產(chǎn)品具有不同的特點(diǎn)。從功能上來說，國產(chǎn)的以yag為主流產(chǎn)品，而進(jìn)口的以co2、nd為特色產(chǎn)品。一般來講，1kw以下的焊接任務(wù)用yag激光焊接機(jī)即可，1kw以上的可用co2激光焊接機(jī)。

在結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)的機(jī)器一般采用龍門框架式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性和剛性，適用于大型工件的焊接；而進(jìn)口的機(jī)器大多采用桁架式的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較高的靈活性和運(yùn)動(dòng)速度，適用于一些對(duì)焊接速度和精度要求較高的場(chǎng)合。

在控制方式上，國產(chǎn)的機(jī)器多使用plc + 觸摸屏的方式控制，這種控制方式操作簡單，易于上手；而進(jìn)口的則多數(shù)采用可編程的控制器，這種控制器具有更高的精度和穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜的控制功能。

從自動(dòng)化程度上講，國產(chǎn)的自動(dòng)化程度相對(duì)較低一些，但隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，國產(chǎn)激光焊接機(jī)的自動(dòng)化程度也在不斷提高。從價(jià)格上講，國產(chǎn)的普遍比進(jìn)口的低，具有較高的性價(jià)比。在售后服務(wù)方面，進(jìn)口的由于歷史比較悠久，所以售后服務(wù)體系相對(duì)比較完善，但國產(chǎn)的售后服務(wù)也在不斷改進(jìn)和提高。

六、激光焊接機(jī)的未來發(fā)展前景

隨著科技的不斷發(fā)展，激光焊接技術(shù)的應(yīng)用前景將越來越廣闊。在電子制造領(lǐng)域，激光焊接機(jī)被用于微小元件的連接和封裝，能夠提高產(chǎn)品的可靠性和性能。隨著電子產(chǎn)品的不斷小型化和高性能化，對(duì)激光焊接技術(shù)的要求也越來越高，激光焊接機(jī)將在電子制造領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

在航空航天領(lǐng)域，激光焊接技術(shù)用于制造高精度、高質(zhì)量的航空器和航天器。航空航天產(chǎn)品對(duì)材料的質(zhì)量和焊接精度要求極高，激光焊接機(jī)的高精度、低熱影響等特點(diǎn)正好滿足了這些要求。未來，隨著航空航天事業(yè)的不斷發(fā)展，激光焊接機(jī)在該領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。

在現(xiàn)代交通領(lǐng)域，如汽車制造，激光焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于車身、發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤等部件的焊接。激光焊接能夠提高汽車的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化和高強(qiáng)度。隨著新能源汽車的快速發(fā)展，激光焊接機(jī)在電池焊接等方面也將有更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)。

此外，激光焊接機(jī)的智能化、自動(dòng)化程度將不斷提高。未來的激光焊接機(jī)將配備更加先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)，能夠自動(dòng)檢測(cè)焊接過程中的各種參數(shù)，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)更加精確和高效的焊接。同時(shí)，激光焊接技術(shù)也將不斷發(fā)展，新的焊接工藝和方法將不斷涌現(xiàn)，以滿足不同行業(yè)不斷提高的需求。

總之，激光焊接機(jī)作為一種先進(jìn)的焊接設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有重要的地位和廣泛的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，激光焊接機(jī)將在更多的領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為推動(dòng)工業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。