鐳射激光焊接發(fā)展趨勢(shì)及其在手機(jī)、電腦、機(jī)械行業(yè)的技術(shù)應(yīng)用

激光焊接是激光加工材料加工技術(shù)應(yīng)用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接，焊接過(guò)程屬于熱傳導(dǎo)型，即激光輻射加熱工件表面，表面熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)向內(nèi)部擴(kuò)散，通過(guò)控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復(fù)頻率等參數(shù)，使工件熔化，形成特定的熔池。由于激光焊接作為一種高質(zhì)量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法，隨著高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纖傳輸技術(shù)的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功，使其在機(jī)械制造、航空航天、汽車工業(yè)、粉末冶金、生物醫(yī)學(xué)微電子行業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各種金屬材料時(shí)的理論，包括激光誘發(fā)的等離子體的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、復(fù)合焊接、激光焊接現(xiàn)象及小孔行為、焊接缺陷發(fā)生機(jī)理與防止方法等，并對(duì)鎳基耐熱合金、鋁合金及鎂合金的焊接性，焊接現(xiàn)象建模與數(shù)值模擬，鋼鐵材料、銅、鋁合金與異種材料的連接，激光接頭性能評(píng)價(jià)等方面做了一定的研究。 
激光焊接的質(zhì)量與特點(diǎn) 
激光焊接原理：激光焊接是將高強(qiáng)度的激光束輻射至金屬表面，通過(guò)激光與金屬的相互作用，金屬吸收激光轉(zhuǎn)化為熱能使金屬熔化后冷卻結(jié)晶形成焊接。圖1顯示在不同的輻射功率密度下熔化過(guò)程的演變階段，激光焊接的機(jī)理有兩種： 
1、熱傳導(dǎo)焊接 
當(dāng)激光照射在材料表面時(shí)，一部分激光被反射，一部分被材料吸收，將光能轉(zhuǎn)化為熱能而加熱熔化，材料表面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式繼續(xù)向材料深處傳遞，Z后將兩焊件熔接在一起。 
2、激光深熔焊 
當(dāng)功率密度比較大的激光束照射到材料表面時(shí)，材料吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能，材料被加熱熔化至汽化，產(chǎn)生大量的金屬蒸汽，在蒸汽退出表面時(shí)產(chǎn)生的反作用力下，使熔化的金屬液體向四周排擠，形成凹坑，隨著激光的繼續(xù)照射，凹坑穿人更深，當(dāng)激光停止照射后，凹坑周邊的熔液回流，冷卻凝固后將兩焊件焊接在一起。 
這兩種焊接機(jī)理根據(jù)實(shí)際的材料性質(zhì)和焊接需要來(lái)選擇，通過(guò)調(diào)節(jié)激光的各焊接工藝參數(shù)得到不同的焊接機(jī)理。這兩種方式Z基本的區(qū)別在于：前者熔池表面保持封閉，而后者熔池則被激光束穿透成孔。傳導(dǎo)焊對(duì)系統(tǒng)的擾動(dòng)較小，因?yàn)榧す馐妮椛錄]有穿透被焊材料，所以，在傳導(dǎo)焊過(guò)程中焊縫不易被氣體侵入；而深熔焊時(shí)，小孔的不斷關(guān)閉能導(dǎo)致氣孔。傳導(dǎo)焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過(guò)程中相互轉(zhuǎn)換，由傳導(dǎo)方式向小孔方式的轉(zhuǎn)變?nèi)Q于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續(xù)時(shí)間。激光沖能量密度的時(shí)間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉(zhuǎn)變，即在相互作用過(guò)程中焊縫可以先在傳導(dǎo)方式下形成，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)樾】追绞健?nbsp;
1、激光焊接的焊縫形狀 
對(duì)于大功率深熔焊由于在焊縫熔池處的熔化金屬，由于材料的瞬時(shí)汽化而形成深穿型的圓孔空腔，隨著激光束與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)使小孔周邊金屬不斷熔化、流動(dòng)、封閉、凝固而形成連續(xù)焊縫，其焊縫形狀深而窄，即具有較大的熔深熔寬比，在高功率器件焊接時(shí)，深寬比可達(dá)5：l，高可達(dá)10：1。四種焊法在316不銹鋼及DUCOLW30鋼上的焊縫截面形狀的比較，對(duì)比的結(jié)論有以下幾點(diǎn)：
（1）激光焊和電子束焊比TIG和等離子焊的主要優(yōu)點(diǎn)相似：焊縫窄、穿透深、焊縫兩邊平行、熱影響區(qū)?。?/span>
（2）TIG和等離子焊投資少，廣泛應(yīng)用了許多年，經(jīng)驗(yàn)比較多；
（3）激光焊和電子束焊在高生產(chǎn)率方面優(yōu)勢(shì)大得多。但電子束焊須在真空室或局部真空中進(jìn)行。也可在空氣中，但熔透能力比激光焊差；
（4）激光焊和電子束焊，焊縫窄且熱影響區(qū)小，因而變形Z小。 
2、激光焊接焊縫的組織性能 
采用大功率激光光束焊接時(shí)，因其能量密度極高，被焊工件經(jīng)受快速加熱和冷卻的熱循環(huán)作用，使得焊縫和熱影響區(qū)區(qū)域極窄，其硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于母材，因此，該區(qū)域的塑性相對(duì)較低。為了降低接頭區(qū)域的硬度，應(yīng)采取焊接前預(yù)熱和焊后回火等相應(yīng)的工藝措施。激光回火是一種在激光焊后隨即采用非聚焦的低能量密度光束對(duì)焊道進(jìn)行多道掃描從而降低焊縫硬度的新工藝。激光焊接金屬及熱影響區(qū)的組織和硬度是由化學(xué)成分和冷卻速度決定的。在激光焊接中，現(xiàn)行焊接工藝一般不需要填充金屬。在這種情況下，焊縫的組織和硬度主要由鋼板的化學(xué)成分和激光照射條件來(lái)決定。采用填充焊絲的激光焊接由于可以選擇任意合金成分的焊絲作為較好的焊縫過(guò)渡合金，因而可以保證兩側(cè)母材的聯(lián)結(jié)具有很好性能?？梢詫?duì)高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率、物理性質(zhì)差異較大的異種或同種金屬材料進(jìn)行焊接，可以得到無(wú)污染、雜質(zhì)少的焊縫。激光焊接加熱速度快，焊接熔池迅速冷卻，與普通的常規(guī)焊接在金相組織上有著很大的區(qū)別。