世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生，因受限于晶体的热容量，只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达10⁶瓦，但仍属于低能量输出。早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器，当时虽然能够获得较高的脉冲能量，但是这些激光器的平均输出功率相当低，这主要是由激光器很低的工作效率和发光物质的受激性所决定的。激光焊接主要使用CO2激光器和YAG激光器，YAG激光器由于具有较高的平均功率，在它出现之后就成为激光点焊和激光缝焊的优选设备。激光焊接与电子束焊接的显著区别在于激光辐射不能产生穿孔焊接方式。而实际上，当激光脉冲能量密度达到10 ⁶次方W/CM²时，就会在被焊接金属材料焊接界面上形成焊孔，小孔的形成条件得到满足，从而就可以利用激光束进行深熔焊接。

在20世纪70年代以前，由于高功率连续波形激光器尚未开发出来，所以研究重点集中在脉冲激光焊接上。早期的激光焊接研究实验大多数是利用红宝石脉冲激光器。YAG激光器的焊接过程是通过焊点搭接而进行的，直到1KW以上的连续功率波形激光器诞生以后，具有真正意义的激光缝焊才得以实现将激光聚焦到一点，焦平面上的功率密度可达到10⁵－10¹³w／cm²。激光焊接就是利用激光束优良的方向性和高功率密度等特点来进行工作的。通过光学系统将激光束聚集在很小的区域，在极短的时间内，使被焊处形成一个能量高度集中的局部热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。

激光焊接与传统机械加工比较有如下特点：

1、加工速度快；

2、热变形及热影响区小（适合加工高熔点、高硬度、特种材料）；

3、可对零部件进行局部热处理；

4、可对复杂形状的零件、微小件加工，还可在真空中进行加工；

5、加工无噪音、对环境无污染；

6、与自控、计算机技术结合，易实现自动化；

7、由于加工方法先进，可改进现有产品结构和材料。

激光焊接原理及特征

激光焊接是利用激光束优异的方向性和高功密率度等特点进行工作。通过光学系统将激光束聚焦在很小的区域内，在极短的时间内使被焊处形成一个能量高度集中的热源区，从而使被焊物熔化并形成牢固的焊点和焊缝。

常用的激光焊接方式有两种：脉冲激光焊和连续激光焊。前者主要用于单点固定连续和薄件材料的焊接。后者主要用于大厚件的焊接和切割。

激光焊接加工方法的特征：

a.非接触加工，不需对工件加压和进行表面处理；

b.焊点小、能量密度高、适合于高速加工；

c.短时间焊接，既对外界无热影响，又对材料本身的热变形及热影响区小，尤其适合加工高熔点、高硬度、特种材料；

d.不需要填充金属、不需要真空环境(可在空气中直接进行)、不会像电子束那样在空气中产生X射线的危险；

e.与接触焊工艺相比.无电极、工具等的磨损消耗；

f.无加工噪音，对环境无污染；

g.微小工件也可加工。此外，还可通过透明材料的壁进行焊接；

h.可通过光纤实现远距离、普通方法难以达到的部位、多路同时或分时焊接；

i.很容易改变激光输出焦距及焊点位置；

j、很容易搭载到自动机、机器人装置上；

k.对带绝缘层的导体可直接进行焊接，对性能相差较大的异种金属也可焊接。

脉冲激光焊接机理

脉冲激光焊接可分为传热溶化焊接和深穿入熔化焊接。

传热溶化焊接是指当激光束照射到材料的表面上时，材料吸收光能而加热熔化。材料表面层的热以传导方式继续向材料深处传递，直至将两个待焊件的接触面互溶并焊接在一起。

深穿入熔化焊接是指当更大功率密度的激光束照射到材料上时，材料被加工熔化以至气化，产生较大的蒸汽压，在蒸汽的压力的作用下，溶化金属被挤在周围使照射处(熔池)呈现出一个凹坑，随着激光束的继续照射，凹坑越来越深，并穿入到另一个工件中。激光停止照射后，被排挤在凹坑周围的溶化金属重新流回到凹坑里，凝固后将工件焊接在一起。

这两种激光焊接机理，与功率密度、照射时间、材料性质、焊接方式等因素有关。当功率密度较低、照射时间较长而焊件较薄时，通常以传热溶化机理为主进行。反之，则是以深穿入熔化机理为主进行。

激光焊接设备日常维护与常见故障解决

激光焊接机是精密的设备，维护要仔细，才能确保设备的正常运行和延长使用寿命。

1、设备的清洁

使用前后都要做好设备的清扫和清洁，保持干燥，确保设备上无杂物，镜片需保持干净。

定期检查激光电源及电柜，如有电气元件老化，请即使更换。

2、冷却系统的维护

 定期检查冷却水质，即使更换新水。检查水箱的水量，即使添加。建议使用去离子水或纯净水。

定期检查水路接口处有无漏水，及时堵漏。当氙灯和激光棒与腔体封接出漏水时，检查橡胶密封圈是否变形老化，及时更换。

3、激光光路的维护

设备内部系统光路如有灰尘进入，会影响焊接质量。在清洁镜片时，请用镜头纸或酒精擦拭镜片，擦拭时不可用力过大，以免刮 伤镜片。

设备内部系统光路如有灰尘进入，会影响焊接质量。在清洁镜片时，请用镜头纸或酒精擦拭镜片，擦拭时不可用力过大，以免刮伤镜片。

 

激光焊接设备日常注意事项

1.激光设备的激光器系统采用水冷却方式，激光电源采用风冷却方式。若冷却系统出现故障，请勿开机工作。

2.激光设备循环冷却水为去离子水（蒸馏水最好），夏季两个月换一次，秋季、冬季春季三个月换一次。

3.注意保持工作间的环境清洁，包括卫生、温度、湿度、定期检查光学器件。

4.切记在机器工作时不要用眼睛正对YAG激光器，以免造成激光伤害。工作时应戴激光防护眼镜。

5.机器工作时，电路呈高压、大电流状态，非专业人员请勿在开机时维护检修，以免发生触电事故。电源和激光器应接地良好。

6.机器不工作时，应及时关机、断电、断水，将机罩封好，防止灰尘进入激光器和光学系统。

7.除调整激光器输出能量大小及整机光路外，排除故障应切断电源进行。

8.设备出现故障，如漏水、拉电弧、 保险、激光器有异常响声等，应立即切断电源。

9.当过电压，过电流指示灯亮后，应立即关机。

10.激光设备不得随意拆动，对重大故障应通知专业人士给予解决。

激光焊接与传统焊接方法的比较

焊接方式有很多种，传统的焊接方式主要有：电阻焊、氩弧焊、电子束焊、等离子焊等。

在这就激光焊接与传统焊接的方式来比较一下。

首先，我们来了解一下电阻焊，电阻焊就是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊所用电极需经常维护以清除氧化物和从工件粘连着的金属，电阻焊通过接头两边焊合，所以工件易变形，而激光焊只从单边进行，激光焊接薄金属搭接接头时并不接触工件，而且光束还可进入常规焊难以焊及的区域，焊接速度快。

传统的焊接方法还有氩弧焊，使用非消耗电极与保护气体，常用来焊接薄工件，但焊接速度较慢，且热输入比激光焊大很多，易产生变形。等离子弧焊与氩弧类似，但其焊炬会产生压缩电弧，以提高弧温和能量密度，它比氩弧焊速度快、熔深大，但逊于激光焊。

电子束焊主要是靠一束加速高能密度电子流撞击工件，在工件表面很小密积内产生巨大的热，形成“小孔”效应，从而实施深熔焊接。主要缺点是需要高真空环境以防止电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室的限制，对韩件装配质量要求严格，非真空电子束焊也可实施，但由于电子散射而聚焦不好影响效果。电子束焊还有磁偏移和X射线问题，由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子束焊工件焊前去磁处理。X射线在高压下特别强，需对操作人员实施保护。激光焊则不需真空室和对工件焊前进行去磁处理，它可在大气中进行，也没有防X射线问题，所以可在生产线内联机操作，也可焊接磁性材料。

以上就激光焊接和传统焊接分析的结果，激光应用于焊接生产已经多年，随着近年控制技术和激光技术的不断进步，激光焊接的使用也越来越简单容易。

激光焊接的应用

激光焊接机技术广泛被应运在汽车、轮船、飞机、高铁等高精制造领域，给人们的生活质量带来了重大提升，更是引领家电行业进入了精工时代。

随着科技的全面发展，激光焊接机技术的不断巩固与应用，也带领全球的家电产业步入   了一个新时代，新的工艺不仅是产品的升级，也是更多科技的展示和应用。

近些年来，由于电热管企业的快速发展，为了更好地提升焊接质量和生产效率，激光焊接在电热管行业企业中逐渐越来越被广泛应用，同时也是展示企业实力的象征。

激光焊接解决电热管焊接问题

一些家用电器如烘箱、电炉和热水器中都会用到电热管，在电热管的制作过程中，尤其是水加热电热管中，焊接是尤为重要的一步。在焊接的过程中也遇到不少问题。

传统的焊接电热管的方式主要有钎焊，铜焊，氩弧焊等，钎焊的设备比较简单，生产投资费用少，但是接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎焊前对工件必须进行细致加工和严格清洗，除去油污和过厚的氧化膜，保证接口装配间隙，钎料价格较贵，而且焊接效率很低。铜焊是指焊材基本不发生熔化，而只是焊剂熔化或不熔化的一类焊接方法，铜焊是一种高强度，无泄露连接的好方法，这种方法连接强度高，并可承受最高的温度极限工况，但是也需要解决焊接效率低这一问题，氩弧焊也可以焊接加热管，氩弧焊解决了焊接效率低的问题，但是也有缺陷，焊接的时候需加强防护，因为弧光强烈，烟气大，所以污染性很强。这些都是传统焊接方法遇到的问题。

由于电热管一般采用优质不锈钢及散热片等制造，一些激光焊接企业针对电热管生产研发了一些电热管类激光焊接机，激光焊接是利用极高能量密度的激光束熔合材料，具有焊接速度快、强度高、焊缝窄、热影响区小，并且具有工件变形量小，后续处理工作量少，灵活性高等优点，能很好的焊接碳钢或不锈钢等金属，而且能够焊接各种形式的焊缝。并且激光焊接具有最小的热输入量，因此带来极小的热影响区，在显著提高焊接产品品质的同时，减少了后续工作的时间。及提高了焊接效率，又减少了污染，解决了传统焊接方式中遇到的问题。

激光焊接的优缺点

（1）焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。

（2）焊件需使用夹治具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。

（3）最大可焊厚度受到限制渗透厚度远超过19mm的工件，生产线上不适合使用激光焊接。

（4）高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性会受激光所改变。

（5）当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。

（6）能量转换效率太低，通常低于10%。

（7）焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的顾虑。

（8）设备昂贵。