目前，激光及其復(fù)合焊接技術(shù)已在許多工業(yè)部門(mén)得到應(yīng)用，而汽車(chē)是其中最重要的部門(mén)，最典型的例子是車(chē)身覆蓋件剪裁激光拼焊以及頂蓋與側(cè)圍的焊接。用激光將不同厚度、材質(zhì)及性能的幾塊薄板拼焊起來(lái)，再?zèng)_壓成形。不但提高了材料利用率，由40 % ～60 %提高到70 %～80 % ，而且減輕了重量，提高了綜合力學(xué)性能。與單一的激光焊接技術(shù)相比，激光混合焊接技術(shù)具有顯著的優(yōu)點(diǎn): 更大的熔深、較大縫隙的焊接能力及更好的焊縫韌性，通過(guò)焊絲可以影響焊縫組織結(jié)構(gòu)及無(wú)焊縫背面下垂現(xiàn)象等。
一、激光焊原理
激光焊采用激光作為焊接熱源，機(jī)器人作為運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。激光熱源的特殊優(yōu)勢(shì)在于，它有著超乎尋常的加熱能力，能把大量的能量集中在很小的作用點(diǎn)上，所以具有能量密度高、加熱集中、焊接速度快及焊接變形小等特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)薄板的快速連接。
當(dāng)激光光斑上的功率密度足夠大( >106 W/ cm2 )時(shí)，金屬在激光的照射下迅速加熱，其表面溫度在極短的時(shí)間內(nèi)升高至沸點(diǎn)，金屬發(fā)生氣化。金屬蒸氣以一定的速度離開(kāi)金屬熔池的表面，產(chǎn)生一個(gè)附加應(yīng)力反作用于熔化的金屬，使其向下凹陷，在激光斑下產(chǎn)生一個(gè)小凹坑。隨著加熱過(guò)程的進(jìn)行，激光可以直接射入坑底，形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的“小孔”。當(dāng)金屬蒸氣的反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續(xù)深入。光斑密度很大時(shí)，所產(chǎn)生的小孔將貫穿于整個(gè)板厚，形成深穿透焊縫。小孔隨著光束相對(duì)于工件而沿著焊接方向前進(jìn)。金屬在小孔前方熔化，繞過(guò)小孔流向后方，重新凝固形成的焊縫如圖1 所示。
二、激光焊接設(shè)備
激光焊接設(shè)備主要由激光器、光導(dǎo)系統(tǒng)、焊接機(jī)和控制系統(tǒng)組成所示。
1. 激光器
用于激光焊接的激光器主要有CO2 氣體激光器和YAG 固體激光器兩種。激光器最重要的性能是輸出功率和光束質(zhì)量。從這兩方向考慮，CO2 激光器比YAG 激光器具有很大優(yōu)勢(shì)，是目前深熔焊接主要采用的激光器，生產(chǎn)上應(yīng)用大多數(shù)還處在6 ～15kW 范圍。YAG 激光器一般功率小于1kW，用于薄小零件的微連接。近年來(lái)，國(guó)外在研制和生產(chǎn)大功率YAG 激光器方面取得了突破性的進(jìn)展，最大功率已達(dá)5kW，并已投人市場(chǎng)。由于其波長(zhǎng)短，僅為CO2 激光的1/ 10 ，有利于金屬表面吸收，可以用光纖傳輸，簡(jiǎn)化光導(dǎo)系統(tǒng)。因此，大功率YAG 激光焊接技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)將獲得迅速發(fā)展，成為CO2 激光焊接強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。
2. 光導(dǎo)和聚焦系統(tǒng)
光導(dǎo)聚焦系統(tǒng)由圓偏振鏡、擴(kuò)束鏡、反射鏡或光纖以及聚焦鏡等組成，實(shí)現(xiàn)改變光束偏振狀態(tài)及方向，傳輸光束和聚焦的功能。這些光學(xué)零件的狀況對(duì)激光焊接質(zhì)量有極其重要的影響。在大功率激光作用下，光學(xué)部件尤其是透鏡性能會(huì)劣化使透過(guò)率下降，產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)，表面污染也會(huì)增加傳輸損耗。所以光學(xué)部件的質(zhì)量、維護(hù)和工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)保證焊接質(zhì)量至關(guān)重要。
3. 焊接機(jī)器人
由于激光- MIG 復(fù)合焊接技術(shù)對(duì)焊接接頭的裝配精度要求較低，所以可以不必采用激光釬焊機(jī)器人的設(shè)計(jì)方式，既區(qū)別于常規(guī)的絞臂式焊接機(jī)器人，也無(wú)需設(shè)計(jì)焊縫自動(dòng)跟蹤矯正系統(tǒng)以及激光在線檢測(cè)系統(tǒng)，這樣可以大大降低工裝設(shè)備的成本投資，降低工裝設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度。
三、激光焊接方法的特點(diǎn)
激光焊接方法具有如下特點(diǎn)：