几种激光焊接方法及其应用

　　针对航空制造业的激光焊接技术，目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各种航空金属材料的理论及应用，通过基础理论的建立，辅以大量的试验验证，激光焊接技术已经成熟地应用于航空及武器装备制造的诸多领域。下面简单介绍几种激光焊接方法及其应用：

　　1. 单激光焊接

　　按焊接熔池形成的机理区分，激光焊接可分为两种：热传导焊接和激光深熔焊。这两种方式最基本的区别在于：前者熔池表面保持封闭，而后者熔池则被激光束穿透成小孔。

　　(1)热传导焊接

　　当功率密度约为105～ 106W/cm2的激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，另一部分光能被材料吸收转化为热能使焊件表面熔化，材料表面层的热以热传导的方式继续向材料 深处传递，形成熔池，将两焊件熔接在一起。这种焊接模式熔深浅，深宽比较小。图1为利用激光热导焊为飞机某零件进行密封。

图1 激光热导焊的应用

(2)激光深熔焊

　　当功率密度比较大(约为106～107W/cm2)的激光束照射到材料表面时，材料吸收光能转化为热能，工件吸收激光后迅速熔化乃至气化，熔化的金 属在蒸汽压力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不断延伸，直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动 时，小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方，凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大，深宽比也大。在航空制造领域，除了微薄零件或特殊要求之外，一般均使用深 熔焊。图2是采用激光深熔焊焊接的某飞机结构件。

图2 激光深熔焊的应用

　　2. 激光-电弧混合/复合焊

　　随着激光焊接技术在工业中的成熟应用，激光焊接技术的不足之处也日渐显露：设备投资、使用成本大，能量利用率低；对工件的焊接装配精度要求高；对于 高反射率金属难以实现激光焊接且容易对激光设备造成损坏；高焊接速度导致焊缝快速凝固，接头中容易产生气孔、咬边缺陷，焊缝组织脆性，甚至焊接裂纹。

　　为避免单激光焊接出现的问题，研究者提出了激光与电弧复合的焊接方法，其出发点是利用电弧焊接的低成本、适用范围宽等特点辅助激光来进行焊接。激光 －电弧复合主要是激光与PAW、TIG或MIG/MAG的复合。目前，主要研究了LASER-PAW和LASER-MIG两种复合焊接方法：

　　(1)LASER-PAW复合焊接技术

　　等离子弧的引弧性和稳弧性优于TIG焊，电极不易损耗，采用等离子弧与激光复合热源(如图3)进行焊接是一种过程很稳定的焊接技术，有利于保证焊接 质量。不需要真空系统，可以在大气条件下进行大型中厚度零件的焊接；较高的焊接速度，降低了零件的焊接变形；焊接工艺裕度大，对于焊前零件的装配间隙和焊 缝的对中要求可以大大降低，具有良好的实用性。图4是LASER-PAW复合焊接飞机桶体结构模拟件。

图3 LASER-PAW复合焊接系统

图4 LASER-PAW复合焊应用实例

(2)LASER-MIG复合焊接技术

　　LASER-MIG复合焊接技术是激光电弧复合焊接提出以来，研究最多、最为广泛的一种复合焊接方法(如图5)。MIG焊接容易使用焊丝填充焊缝， 采用激光-电弧复合焊接的方法进一步扩大拼缝间隙裕度、减少或消除焊接后接口部位的凹陷，改善焊缝形貌；此外，通过选择不同的焊丝，还可调整焊缝的化学成 分，改善力学性能。

图5 LASER-MIG复合焊接系统

　　3. 双光点激光焊接

　　激光束经过分光镜分为两束相同的激光束，经镜片组聚为两个光点同时作用于工件表面进行焊接称为双光点激光焊接。该焊接方法中的两束光可以垂直于焊接 方向分布也可以平行于焊接方向作用于同一条直线上，或者沿焊接方向以任意角度进行分布；两束光之间的间距可调，能量比可调。激光双光点焊接可以改善焊缝表 面质量、增大焊缝熔宽并放宽对接间隙和准直度容许裕度、减少焊缝中大气孔的数量(如图6)。

　　图6 铝合金单双光点激光焊焊缝成形(上)铝合金单光点激光焊焊缝成形(下)铝合金双光点激光焊焊缝成形