激光焊接——特种熔化焊接方法的应用

1）激光打孔

激光打孔主要用于特殊材料或特殊工件上的孔加工，如火箭发动机和柴油机的喷油嘴、化学纤维的喷丝孔、仪表中的宝石轴承、陶瓷、玻璃、金刚石拉丝模等非金属材料和硬质合金、不锈钢等金属材料的细微孔的加工。激光打孔的效率非常高，功率密度通常为107～108W/cm2，打孔时间甚至可缩短至传统切削加工的1%以下，生产效率大幅提高。激光打孔的尺寸公差等级可达IT7，表面粗糙度Ra值可达0.16～0.08 μm。

2）激光焊接

激光焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。焊接用激光器有YAG固体激光器和CO2气体激光器，此外还有CO激光器、半导体激光器和准分子激光器等。激光器利用原子受激辐射的原理，使物质受激而产生波长均一、方向一致和强度非常高的光束。经聚焦后，激光束的能量更为集中，能量密度可达105～107W/cm2。如将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷却凝固后成为焊缝。激光焊接过程迅速，热影响区小，焊接质量高。激光焊接既可以焊接同种材料，也可以焊接异种材料，还可以透过玻璃进行焊接。

3）激光切割

激光切割的原理与激光打孔基本相似，是利用聚焦以后的高功率密度（105～107W/cm2）激光束连续照射工件，光束能量以及活性气体辅助切割过程附加的化学反应热能均被材料吸收，引起照射点材料温度急剧上升，到达沸点后材料开始气化，并形成孔洞，且光束与工件相对移动，使材料形成切缝，切缝处熔渣被一定压力的辅助气体吹除，其切割的原理如图3-23所示。激光还能透过玻璃切割真空管内的灯丝，这是任何机械加工所不能达到的。

(www.xing528.com)

图3-23　激光切割原理示意图

激光切割是激光加工中应用最广泛的一种，主要是因为其切割速度快、质量高、省材料、热影响区小、变形小、无刀具磨损、没有接触能量损耗、噪音小、易实现自动化，而且还可穿透玻璃切割真空管内的灯丝。由于以上诸多优点，激光切割深受各制造领域欢迎，不足之处是一次性投资较大，且切割深度受限。

4）激光表面热处理

当激光能量密度在103～105W/cm2左右时，对铸铁、中碳钢甚至低碳钢等材料表面进行扫描，在极短的时间内能将他们加热到相变温度（由扫描速度决定时间长短），工件表层由于热量迅速向内传导快速冷却，实现了工件表层材料的相变硬化（激光淬火）。激光淬火层的深度一般为0.7～1.1 mm。

与其他表面热处理比较，激光热处理工艺简单、生产效率高，工艺过程易实现自动化。激光热处理一般无需冷却介质，对环境无污染，对工件表面加热快、冷却快，淬火后硬度比常温淬火高约15%～20%；耗能少，工件变形小，适合精密局部表面硬化及内孔或形状复杂零件表面的局部硬化处理，但激光表面热处理设备费用高，工件表面硬化深度受限，因而不适合加工大负荷的重型零件。

5）其他应用

近年来，各行业中对激光合金化、激光抛光、激光冲击硬化法、激光清洗模具技术也在不断深入研究及应用中。