一、激光焊原理

 激光焊采用激光作為焊接熱源，機器人作為運動系統。激光熱源的特殊優勢在于，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，可實現薄板的快速連接。

 當激光光斑上的功率密度足夠大( >106 W/ cm2 )時，金屬在激光的照射下迅速加熱，其表面溫度在極短的時間內升高至沸點，金屬發生氣化。金屬蒸氣以一定的速度離開金屬熔池的表面，產生一個附加應力反作用于熔化的金屬，使其向下凹陷，在激光斑下產生一個小凹坑。隨著加熱過程的進行，激光可以直接射入坑底，形成一個細長的“小孔”。當金屬蒸氣的反沖壓力與液態金屬的表面張力和重力平衡后，小孔不再繼續深入。光斑密度很大時，所產生的小孔將貫穿于整個板厚，形成深穿透焊縫。小孔隨著光束相對于工件而沿著焊接方向前進。金屬在小孔前方熔化，繞過小孔流向后方，重新凝固形成的焊縫。

二、激光焊接方法的特點

激光焊接方法具有如下特點：

（1）能量密度高、適合于高速焊接。

（2）焊接時間短、材料本身的熱變形及熱影響區小，尤其適合高熔點、高硬度加工。

（3）無電極、工具等的磨損消耗。

（4）對環境無污染。

（5）可通過光纖實現遠距離、普通方法難以達到的部位、多路同時或分時焊接。

（6）很容易改變激光輸出焦距及焊點位置。

（7）很容易搭載到機器人裝置上。

 激光復合焊接技術具有顯著的優點。對于激光復合焊接，優點主要體現在： 無燒穿時焊縫背面下垂的現象，適用范圍更廣；對于激光- MIG 焊接，優點主要體現在： 較高的焊接速度、熔焊深度大、產生的焊接熱少、焊縫的強度高、焊縫寬度小及焊縫凸出小，從而使得整個系統的生產過程穩定性好，設備可用性好及焊縫準備工作量和焊接后焊縫處理工作量小，焊接生產工時短、費用低、生產效率高。

三、激光- 電弧復合熱源焊接的主要形式

  1. 激光- TIG 復合焊接

  激光與TIG 復合焊接的特點是：

（1）利用電弧增強激光作用，可用小功率激光器代替大功率激光器焊接金屬材料。

（2）在焊接薄件時可高速焊接。

（3） 可增加熔深，改善焊縫成形，獲得優質焊接接頭。

（4）可以緩和母材端面接口精度要求。

   例如，當CO2 激光功率為0. 8kW，TIG 電弧的電流為90A ，焊接速度2m/ min 時，可相當5kW 的CO2 激光焊機的焊接能力，5kW 的CO2 激光束與300A 的TIG 電弧復合，焊接速度0. 5 ～5m/ min 時，獲得的熔深是單獨使用5kW 的CO2 激光束焊接時的1. 3 ～1. 6 倍。

 2. 激光- 等離子弧復合焊接

激光等離子復合焊接采用如圖3 所示的同軸方式。等離子弧由環狀電極產生，激光束從等離子弧的中間穿過，等離子弧主要有兩個功能： 一方面為激光焊接提供額外的能量，提高焊接速度，進而提高整個焊接過程的效率；另一方面等離子弧環繞在激光周圍，可以產生熱處理的效果，延長冷卻時間，也就減少了硬化和殘余應力的敏感性，改善了焊縫的微觀組織性能。

3. 激光- MIG 復合焊接

 激光- MIG 復合焊的基本原理如圖4 所示。除了電弧向焊接區輸入能量外，激光也向焊縫金屬輸入熱量。激光復合焊技術并不是兩種焊接方法依次作用，而是兩種焊接方法同時作用于焊接區。激光和電弧在不同程度和形式上影響復合焊接的性能。在激光- MIG 復合焊接時，揮發不僅發生在工件的表面，同時也發生在填充焊絲上，使得更多的金屬揮發，從而使激光的能量傳輸更加容易。

 MIG 焊的特點在于電源成本低，焊縫橋聯性好，電弧穩定性好，易于通過填充金屬改善焊縫結構。而激光束焊的特點在于熔深大，焊接速度高，熱輸入低，焊縫窄，但焊接更厚的材料需要更大功率的焊接激光器。同時激光復合焊接的熔池比MIG 焊的要小，工件變形小，大大減少了焊后糾正焊接變形的工作。激光- MIG 復合焊接，會產生兩個獨立的熔池，而后面的電弧輸入的熱量同時起到了焊后回火處理的作用，降低焊縫硬度( 尤其是焊鋼) 。由于激光復合焊接的焊接速度非常高，因此可以降低生產時間和生產成本。

4. 雙激光束焊接技術

在激光焊接過程中，由于激光功率密度大，使得焊接母材被迅速加熱熔化、氣化，生成高溫金屬蒸氣。在高功率密度激光的繼續作用下，很容易生成等離子體云，不僅減小工件對激光的吸收，而且使焊接過程不穩定。如果在較大的深熔小孔形成后，減小繼續照射的激光功率密度，而已經形成的較大深熔小孔對激光的吸收較多，結果激光對金屬蒸氣的作用減小，等離子體云就能減小或消失。

因而，用一束峰值功率較高的脈沖激光和一束連續激光，或者兩束脈沖寬度、重復頻率和峰值功率有較大差異的脈沖激光對工件進行復合焊接，在焊接過程中,兩束激光共同照射工件，周期地形成較大深熔小孔，然后適時停止一束激光的照射，可使等離子體云很小或消失，改善工件對激光能量的吸收與利用，加大焊接熔深，提高焊接能力。

四、結語

激光復合焊將兩種焊接方法結合起來，它采用了兩者各自的優點，獲得了最佳的焊接效果，更高的焊接速度與良好的焊縫搭橋能力。它是目前最先進的焊接方法之一，實現了高焊接速度與良好焊接質量的完美結合。激光復合焊技術是汽車工業中一種全新的焊接技術，尤其是對于激光束焊無法實現或在經濟上不可行的裝配間隙要求。它具有寬廣的應用范圍和高效的特性,同時減少投資成本、縮短生產時間、節約生產成本和提高生產率，具有更強的競爭力。