文/劉夢宇1-3，湯泉1, 2，胡倫珍1, 2，侯玉強(qiáng)1, 2，郭慶川1-3

1-激光與光學(xué)研究中心，安徽大學(xué) 

2-安徽柏逸激光科技有限責(zé)任公司 

3-信息材料與智能感知安徽省實(shí)驗(yàn)室，安徽大學(xué)

激光焊接是利用高能量激光束作為熱源，通過聚焦鏡將激光束聚焦在工件表面，使材料迅速熔化并形成焊接接頭的一種焊接方法。其核心優(yōu)勢在于能量密度高、焊接速度快、熱輸入精確可控，能夠顯著減少熱影響區(qū)和焊接變形，特別適用于高精度、高質(zhì)量的焊接需求，如圖所示是激光振鏡焊接原理圖。

圖1 激光震驚焊接原理圖

一、激光焊接與傳統(tǒng)焊接方式的對比

1.傳統(tǒng)焊接方法（如電弧焊、電阻焊和氣體保護(hù)焊）在焊接時(shí)存在以下局限性：

（1）熱影響區(qū)大：傳統(tǒng)焊接方法的熱輸入較大，容易導(dǎo)致焊接接頭的熱影響區(qū)擴(kuò)大，影響材料的性能。例如，硅鋼片在電弧焊中易發(fā)生磁性能退化。

（2）焊接變形大：由于熱輸入不均勻，焊接過程中容易產(chǎn)生較大的焊接變形，影響工件的尺寸精度，尤其是銅條和鋁片焊接時(shí)更為明顯。

（3）焊接質(zhì)量不穩(wěn)定：傳統(tǒng)焊接方法對操作人員的技能要求較高，焊接質(zhì)量容易受到人為因素的影響，難以保證一致性。

2.激光焊接具有以下優(yōu)勢：

（1）高能量密度與局部加熱：激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)極小熱影響區(qū)的局部加熱，減少熱應(yīng)力對材料性能的影響。

（2）精確控制與高質(zhì)量焊接：通過精確控制激光束的聚焦位置和能量分布，激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)高質(zhì)量的焊接接頭，尤其適用于硅鋼片焊接和銅鋁異種金屬焊接。

（3）自動(dòng)化與定制化：采用定制化的振鏡焊接設(shè)備，激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化操作，提高焊接效率和質(zhì)量的一致性。

二、焊接材料的屬性與難度

1.硅鋼片材料

硅鋼片是一種含硅量較高的鐵合金，具有良好的磁性能和較低的磁滯損耗，廣泛應(yīng)用于電機(jī)和變壓器的制造。然而，硅鋼片的焊接難度較大，主要體現(xiàn)在以下方面：

熱敏感性高：焊接過程中產(chǎn)生的熱應(yīng)力可能影響硅鋼片的磁性能，導(dǎo)致磁滯損耗增加。

疊層間隙控制：多層硅鋼片焊接時(shí)，層間間隙的存在可能導(dǎo)致焊接不均勻，影響焊接強(qiáng)度。

圖2 硅鋼片材料激光疊焊

圖3 硅鋼片材料激光拼焊及全貌圖

激光焊接在硅鋼片焊接中表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢： 

熱影響區(qū)�。杭す夂附拥母吣芰棵芏群涂焖偌訜崽匦裕�使得熱影響區(qū)顯著減小，有效避免了硅鋼片磁性能的退化。

焊接強(qiáng)度高：通過精確控制激光參數(shù)，激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)均勻的熔深和焊縫成形，確保焊接接頭的強(qiáng)度。

生產(chǎn)效率高：定制化振鏡焊接設(shè)備能夠快速掃描多層硅鋼片，實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量的焊接，滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求。

2.銅條和鋁片

銅和鋁是兩種常見的導(dǎo)電材料，具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，但其物理和化學(xué)性質(zhì)差異較大，焊接難度較高：

金屬間化合物：銅和鋁在焊接過程中容易生成脆性的金屬間化合物（如CuAl₂），降低焊接接頭的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。

熱膨脹系數(shù)差異：銅和鋁的熱膨脹系數(shù)不同，焊接過程中容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致焊接變形和裂紋。

圖4 銅鋁材料激光焊接全貌圖

激光焊接在銅條和鋁片焊接中也展現(xiàn)出優(yōu)異的性能：

抑制金屬間化合物：激光焊接的快速加熱和冷卻特性，能夠有效抑制銅鋁之間脆性金屬間化合物的生成，提高焊接接頭的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。

減少焊接變形：激光焊接的熱輸入精確可控，能夠顯著減少焊接過程中的熱應(yīng)力，降低焊接變形和裂紋的產(chǎn)生。

適應(yīng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)：定制化振鏡焊接設(shè)備能夠靈活調(diào)整激光束的掃描路徑，適應(yīng)銅條和鋁片的復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接需求，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接接頭。

三、總結(jié)

激光焊接技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，正在逐步取代傳統(tǒng)焊接方法，在精密電子、汽車制造、航空航天等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

轉(zhuǎn)自：柏逸激光

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