1 引言

20世紀60年代，激光的出現是人類史上最重大的科學成果之一，而在激光工藝技術中，激光焊接技術是目前重點發展的技術。

20世紀末，歐美各國已將激光焊接技術在工業制造過程中充分應用。而我國激光焊接技術剛剛起步，其在工業發展的應用還需根據我國的工業發展特點制定出相應的策略。

隨著工業制造的快速發展，環保、節能、高效、敏捷的加工技術將成為發展重點，而激光焊接技術正是符合這一發展趨勢的加工技術，因此它將會成為21世紀最有發展前景的應用技術之一。

2 激光技術的研究現狀

目前，在激光焊接技術的研究過程中，其研究領域主要集中在激光器、等離子體控制、自動檢測技術及各種材料激光焊及激光切割質量等方而。下而將從三個方而對激光焊接技術研究現狀進行概述。

2.1激光器的研究現狀

目前，應用較為廣泛且技術較為完善的激光器主要有CO2激光器、Nd:YAG激光器和半導體激光器等。

CO2激光器屬氣體激光器，其激光活性介質為碳酸氣、氮氣、氦氣等混合氣體，其中CO2為產生輻射的氣體，氫氣和氦氣為輔助性的氣體，發射光一般以連續的方式工作，波長為10.6微米，電能轉化為光能的效率為10%-30%，其輸出功率一般為0.5-50kW;世界上第一臺激光器所用工作物質為紅寶石。

而Nd:YAG激光器屬固體激光器，鉆鋁石榴石(YAG)晶體中加有一定量欽離子是它的激光活性介質，發射光的工作方式為連續和脈沖，波長為1.06微米，電能轉化為光能的效率為3%-10%，其輸出功率一般為0.1-5kW。

Nd:YGA激光器的電-光轉化效率比CO2激光器的低，材料對其光束吸收率高，對高反射效率的材料有較好的焊接效果，特別是Nd:YAG激光器可用光纖運輸，使得其與機器人加工系統匹配方便，這對自動化生產和遠程控制的實現有著重要的意義，因此在激光焊接中占據主要地位。

雖然集中開發研制設備仍然是CO2激光器，但提高最大輸出功率已不在其中，而光束質量及其聚焦性能的提高才是其核心。

研發提高平均功率是Nd:YAG激光系統的發展趨勢，而此發展趨勢受限于難生長出高質量晶體和獲得激光技術。

近年來，新型激光器正高速發展，比如CO激光器和光纖激光器。CO激光的波長是CO2激光的一半，材料對CO的吸收率大于CO2，相對于YAG激光器，CO激光器具有其所特有的低成本和輸出易于放大等特點，幾十千瓦的輸出十分容易獲得，適合應用于手工業的制造。光纖激光器也憑借著免維護，轉換效率高于27%，光纖距離大焦距(可達200m)等眾多優勢占據工業市場，具有十分強大的發展潛力。

2.2 等離子體控制的研究現狀

等離子體是不同于固、液、氣的物質第四態，它的出現儼然成為激光技術而臨的最大問題。激光的高能量密度使金屬汽化，在空氣中當汽化后的金屬與激光接觸，出現電離現象便產生了大量的等離子體。等離子體吸收、散射和折射激光束的特點，使光斑聚焦位置偏離，焊接效果直接受到影響。

因此，如何控制等離子體是激光優化的最有效方式。日本的YArata發明了激光擺動法避免等離子體的產生。影響激光束傳輸的關鍵是等離子體的電子密度，可通過磁場輻射的方式來降低等離子體對激光束的屏蔽作用。除此之外，也可側吹輔助氣體或者在低氣壓環境中進行焊接，以此來控制等離子體。

2.3 激光焊接過程自動檢測的研究現狀

激光焊接過程需要實時監控技術對產品的質量進行控制，這是激光焊接技術實現自動化的研究方向。有研究者系統地闡述了在激光焊接過程中對聲信號和光信號的檢測，并設計了具有可行性的設計方案。

Li和Steem等設計了用來檢測等離子體動態電信號的絕緣噴嘴。高向東等利用視覺傳感技術和圖像處理技術，有效地提取了焊接過程中的各種信號，實現了激光焊接技術的自動化控制YoungWhanPark等通過UV和IR探測器檢測等離子的紅外線和紫外線輻射，使得焊接過程的在線監測成為可能.

ChangWS和SJNa用數學模型論證了熱源控制在焊接過程中的重要作用。SDixon等利用電磁學轉換器檢測焊接過程中的超聲波，通過材料內部的超聲波來反映焊接缺陷。

目前的研究結果表明:聲、光、電、紫外/紅外線輻射信號和超聲波信號可用來檢測激光焊接過程.

3 激光焊接技術的最新發展

3.1新型激光器的研發

固體激光器和CO2激光器是當今市場上應用相對廣泛的激光器。CO2激光器的光束質量好、消耗氣體少、運行穩定可靠、成本低，而固體激光器的使用壽命長，但成本高。新研發激光器有準分子激光器，其單光分子能量更好，并且能夠深入材料內部微觀組織中進行加工，在非放熱效應下，材料的變形率小，這使得激光焊接水平可以大大提高。

3.2 雙焦點激光焊接技術

在激光雙焦點焊接中，通過聚焦頭的激光束聚焦到工件表面。獲得高質量焊縫的關鍵是較好的激光聚集性。雙焦點激光焊接技術可在被焊材料上形成兩個間距很小的焦點，兩個焦點的疊加即可提高激光的聚集性和穩定性。雙焦點激光焊接技術不僅能使焊縫的深度提高，也可使焊接的速度加快，因而避免溶洞的出現等問題，現在已成為一種新的激光焊接技術。

3.3 復合激光焊接技術

復合激光焊接技術是傳統的焊接技術與激光技術的結合，這種技術具備了二者的雙重優點。發展較為顯著的復合激光焊接技術有激光一電弧焊接技術，激光一電弧復合焊接技術既能充分表現出激光焊和電弧焊各自的優點又能有效地避免各自的不足。

它的特點為:電弧的加入延長了焊縫凝固時間，稀釋了等離子，有效減少氣孔、裂紋等缺陷，激光與MIG電弧焊復合有效減少焊接裂紋傾向和提高焊縫的力學性能。復合激光焊接技術可實現較大焊縫的焊接，并且使焊縫的韌性進一步提升。

4 結語

激光焊接技術有很多獨特優勢，如能量密度高、焊縫窄、不需真空環境和不受導電材料制約等。目前，激光焊接使用中已出現智能化，極大推動了高精尖焊接工藝在各個領域的發展。現在激光焊接技術已成功運用到生物醫學上，未來很可能用到臨床檢測、手術等特殊行業中。激光器的研發、雙焦點激光焊接技術和復合激光技術是激光焊接新的發展方向。

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