一，激光焊接頭的焊接原理

激光焊接使用激光作為焊接熱源，機器人作為運動系統(tǒng)。激光頭熱源的特殊優(yōu)勢在于其非凡的加熱能力，可以在非常小的作用點集中大量的能量。因此，它具有能量密度高，集中加熱，焊接速度快，焊接變形小的特點，可實現(xiàn)薄板的快速連接。

當(dāng)激光頭光斑上的功率密度足夠大（> 106W / cm2）時，金屬在激光照射下被快速加熱，表面溫度在短時間內(nèi)上升到沸點，并且金屬蒸發(fā)。金屬蒸汽以一定的速度離開熔融金屬池的表面，產(chǎn)生額外的應(yīng)力以與熔融金屬反應(yīng)，使其向下傾斜，在激光點下方形成小凹坑。隨著加熱過程的進行，激光可以直接注入凹坑底部，形成細長的“小孔”。當(dāng)金屬蒸汽的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡時，孔隙將不再進一步。當(dāng)點密度非常高時，所產(chǎn)生的小孔將穿透整個板厚度以形成深穿透焊縫。小孔沿著焊接方向前進，光束相對于工件。當(dāng)金屬在孔前面熔化時形成的焊縫圍繞孔向后流動并再次凝固。

圖（一）

 二，激光焊接頭焊接方法的特點

 激光焊接頭焊接方法具有以下特點：

 （1）高能量密度，適用于高速焊接。

 （2）焊接時間短，材料本身的熱變形和熱影響區(qū)小，特別適用于高熔點，高硬度的加工。

 （3）電極，工具等無磨損消耗

 （4）對環(huán)境無污染。

 （5）通過光纖可以實現(xiàn)長距離，難以觸及的元件和多通道同時或分時焊接。

 （6）易于改變激光輸出焦距和焊點位置。

 （7）可以很容易地安裝在機器人設(shè)備上。

激光頭復(fù)合焊接技術(shù)具有明顯的優(yōu)勢。對于激光頭復(fù)合焊接，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：焊縫背面無下垂現(xiàn)象，適用范圍廣;對于激光-MIG焊接，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在：焊接速度快，焊接深度大，焊接熱量少，焊接強度高，焊縫寬度小，焊縫凸起小，使整個系統(tǒng)生產(chǎn)過程穩(wěn)定，設(shè)備精良可用性，焊接準備工作量小，焊接后焊接處理工作量小，焊接生產(chǎn)時間短，成本低，生產(chǎn)效率高。

 三，激光 - 電弧混合熱源焊接的主要形式

 1.激光-TIG復(fù)合焊接

 激光和TIG組合焊接的特點是：

 （1）采用低強度激光代替高功率激光，采用電弧增強激光焊接金屬材料。

 （2）焊接薄型零件時，可以高速焊接。

 （3）可以增加滲透性，改善焊縫成型，獲得高質(zhì)量的焊接接頭。

 （4）可以放寬母材端面界面的精度要求。

例如，當(dāng)CO2激光頭功率為0.8kW，TIG電弧電流為90A，焊接頭焊接速度為2m / min時，5kW CO2激光焊接頭的焊接能力可以相等。當(dāng)5kW CO2激光束與300A TIG電弧組合，焊接速度為0.5-5m / min時，穿透深度為1. 3-1。僅為5kW CO2激光束的6倍。

2.激光等離子弧復(fù)合焊接

激光等離子復(fù)合焊接采用同軸模式，如圖2所示。等離子弧由環(huán)形電極產(chǎn)生，激光束穿過等離子弧的中間。等離子弧有兩個主要功能：一方面，它為激光焊接提供額外的能量，提高焊接速度，進一步提高整個焊接過程的效率;另一方面，激光周圍的等離子弧可以產(chǎn)生熱處理效果，延長冷卻時間，降低對硬化和殘余應(yīng)力的敏感性，并改善焊接的微觀結(jié)構(gòu)和性能。

圖（二）

3.激光-MIG復(fù)合焊接

激光-MIG復(fù)合焊接的基本原理如圖2所示。 2. 2. 4.除了將電能輸入焊接區(qū)域外，激光還將熱量輸入焊接金屬。激光復(fù)合焊接技術(shù)不依次使用兩種焊接方法，而是在焊接區(qū)域同時使用兩種焊接方法。激光和電弧會不同程度地影響復(fù)合焊接的性能。在激光-MIG復(fù)合焊接中，揮發(fā)不僅發(fā)生在工件表面而且發(fā)生在填充焊絲上，使更多的金屬揮發(fā)，從而使激光的能量傳輸更容易。

焊接具有功耗低，焊接橋接性好，電弧穩(wěn)定性好，焊接結(jié)構(gòu)易于填充金屬的特點。然而，激光束焊接的特點是熔化深度大，焊接速度快，熱輸入低，焊縫窄，但焊接較厚的材料需要更高功率的焊接激光。同時，激光復(fù)合焊接熔池比MIG焊接熔池小，工件變形小，大大減少了焊接后焊接變形的修正工作。 Laser-MIG復(fù)合焊接將產(chǎn)生兩個獨立的熔池，后弧的熱輸入也將起到焊后回火處理的作用，以降低焊縫硬度（特別是焊接鋼）。由于激光復(fù)合焊接的高焊接速度，可以減少生產(chǎn)時間和成本。

 4.雙激光焊接頭焊接技術(shù)

在激光焊接頭焊接過程中，由于高激光頭功率密度，焊接基底金屬被快速加熱，熔化和氣化以產(chǎn)生高溫金屬蒸汽。在高功率密度激光器的連續(xù)作用下，等離子云容易產(chǎn)生，不僅降低了工件對激光的吸收，而且使焊接過程不穩(wěn)定。如果在形成較大的深熔針孔后連續(xù)照射的激光功率密度降低，并且形成的較大的深熔針孔吸收更多的激光，結(jié)果，激光對金屬蒸汽的影響減小，等離子體云可以減少或者消失了。

因此，具有高峰值功率的脈沖激光和連續(xù)激光，或者脈沖寬度，重復(fù)頻率和峰值功率差異大的兩個脈沖激光用于工件的復(fù)合焊接。在焊接過程中，兩個激光器一起照射工件，形成一個大的深穿透孔，然后在正確的時間停止一個激光器的照射，使等離子體云小或消失，吸收和利用激光能量提高工件，提高焊接熔深，提高焊接能力。

四、結(jié)論

激光復(fù)合焊接頭焊接結(jié)合了兩種焊接方法。它具有自身的優(yōu)點，具有最佳的焊接效果，更快的焊接速度和更強的焊接橋接能力。它是目前最先進的焊接方法之一，實現(xiàn)了高焊接速度和良好焊接質(zhì)量的完美結(jié)合。激光復(fù)合焊接技術(shù)是汽車工業(yè)中一種全新的焊接技術(shù)，尤其是激光束焊接無法實現(xiàn)的裝配間隙要求，或者在經(jīng)濟上不可行。它具有廣泛的應(yīng)用和高效率，同時降低投資成本，縮短生產(chǎn)時間，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)力，具有更強的競爭力。

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