激光焊接的基础知识和诀窍 - 广州国际工业科技展

广州国际智能制造系列工业展即将于2025年2月25-27日在中国进出口商品交易会展馆A区举行。邀您关注广州国际智能智造系列工业展今日新资讯：

激光焊接是使用激光的金属加工技术的一个领域，在汽车、精密设备、电器、航空航天、医疗等各种工业领域被广泛使用。此次我将从众多的激光焊接用途中，选择尤其在钣金加工领域使用的激光焊接，介绍其基本事项。

何谓激光焊接？

首先“激光”是取英文的“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（通过受激释放辐射光扩大）”的含义的术语的开头字母而得到的造词。

刚开始思考含义时，可能会感觉有些复杂，其实只要将其理解为“人造光”，就没错。与我们日常所见的太阳光、照明等普通光相比，作为人造光的激光具有“波长”、“相位”、“方向”恒定的特点。通过调整和使用被统称“相干性”的这三大要素，能够将激光用于各种加工。

激光焊接是将作为人造光的激光进行聚光并照射对象物、使金属局部熔融和凝固来接合金属的加工方法。在钣金加工领域引入激光焊接的情况下，相比于以往加工方法的电弧焊，具有容易抑制热变形、容易管理焊接条件、焊道不明显等优点。

激光焊接的原理

激光焊接中，使用激光振荡器产生成为热源的激光，并将其扩大，使用光纤进行传输，首先将光输送至工件附近。在该阶段需要激光加工头。激光加工头的内部设置有透镜，将传输来的激光聚光为适合加工的状态。通过借助透镜对光进行聚光，能够使光能集中于较小的面积，从而能够获得熔化金属的较高能量。为了防止熔融金属的氧化，通常会一边吹送氩气、氮气等保护气体一边焊接。

激光焊接的种类

下面让我们看看适合钣金加工的手焊的激光焊接的种类。从20世纪90年代起，在日本率先开始普及的是使用YAG激光器的便携式激光焊接机。自此以来，日本的钣金行业长期认为“激光焊接机＝YAG激光器”，但在21世纪10年代中期光纤激光焊接机上市以后，近年来，光纤激光器成为便携式激光焊接机的主流。此外还有利用盘式激光器制作的便携焊接装置。

使用光纤激光焊接机的手焊

· YAG激光焊接

YAG是名为钇铝柘榴石 （Yttrium Aluminum Garnet）的晶体，YAG激光器是向YAG晶体照射强光来产生激光。YAG激光具有金属易于吸收的1064nm的波长，因此能以较少的能量熔融金属，这一点适合激光焊接。另一方面，为了产生激光，需要使闪光灯闪烁，且因为发热多而需要使用制冷器对振荡器至焊炬进行冷却，因此耗电量大，与所使用的电力相比，用于加工的能量较少，故而也存在焊不透的情况。冷却水、灯等易耗品的维护成本负担也较大，这也可以说是使用上的一大缺点。

· 光纤激光焊接

光纤激光是使用光纤对所生成的励起光进行扩大和传输的激光，具有金属易吸收的1070nm的波长。在众多激光中，能量密度特别高，具有容易将光束聚集的特点，对金属能够实现深熔是其一大优点。与YAG激光相比，具有深熔、运行成本低、几乎没有调整和维护的麻烦和成本等诸多优点，近年来正在加速普及。虽然光纤激光具有高功率、高效率的特点，但在钣金的手焊中，如果功率过高，会对作业者造成危险，因此制作产品时通常将功率限制在1kW左右。追求更高功率、更大焊透深度时，可以研究使用机械焊接、机器人焊接。

· 盘式激光焊接

盘式激光是使用圆盘状的YAG晶体放大所生成的励起光后使用光纤进行传输的激光。德国的快通公司成功实现了高功率化和稳定化，因此其作为工业用激光得到广泛普及，近年来其可能性被重新审视，新用途的开发也在积极进行。日本没有能够使用盘式激光进行手焊的单体设备，但是拥有快通公司的激光切割机的用户能可选地引进手焊用的焊炬。

激光焊接的优缺点

钣金加工中使用的激光焊接与以往广泛使用的TIG焊接相比，具有如下特点。

优点

· 即使为薄板，热变形也较小

TIG焊接因为焊透较浅且热影响层较大，因此对金属的焊接线能量较多，产品会产生较大热变形。对所产生的热变形的处理很大程度上依赖于工匠的技术，这方面是TIG焊接最难的地方。另一方面，激光焊接中，是聚光激光，将较高的能量集中于较小的焦点来熔融金属，因此焊透宽度较细，热影响层也较小，故而不易产生热变形。而且在频繁地反复进行激光的ON/OFF的“脉冲振荡”中，每秒钟会重复进行数次至数十次的熔融和凝固，因此更能抑制变形。

· 确保焊接部的足够强度

激光焊接的焊道较细，有时会担心强度不够，但焊透较深，因此与外观相比，内部具有足够的强度。激光焊接中暂时熔融、凝固的合金部分较少，不会断裂，在工业试验场实施的强度试验中，也确认起具有超过TIG焊接的强度。

· 缩短加工工时

激光焊接的焊接线能量较小，不易产生变形，因此能够大幅减少消除变形的工时。另外，激光焊接基本上都是母材焊接，因此还能省去研磨焊接突起部分的工序。而且只要加工条件具备，就几乎不会产生焊缝烧伤，因此也有可能能够减少电解研磨工序。缩减了以往辛苦应对的加工工时，促使提高生产效率，降低制造成本。

· 焊接条件易管理易操作

激光焊接机还有将焊接条件作为方法登记后能够调用的机型，可以说易管理和再现焊接条件是其一大优点。此种情况下只要由熟练者给出条件，由此非熟练者很容易再现熟练者的加工条件。由此如果非熟练者也能负责薄板焊接，熟练者就能集中于附加价值高的工作，有助于提高焊接工序整体的生产效率。

缺点

· 缝隙处理能力较差

激光焊接具有将激光能量聚集在φ0.1～φ0.6mm左右的极小的焦点来使金属熔融的性质，出于这一性质，其具有如果有缝隙就无法焊接的弱点。在光斑直径为φ0.1mm的机型的情况下，如果存在0.1mm的缝隙，则激光会从中间走过而无法焊接，因此需要采取提高折弯工序的精度、设置夹具等措施。

· 不擅长堆焊

激光焊接擅长母材焊接，不擅长堆焊。除了在使焊条熔融之处激光的能量有可能无法全部到达母材外，焊接点/焊条/焦点全部精准地会齐在同一线上也很难，有可能无法确保足够的强度。当图纸中指示堆焊时，需要研究是否应该采用激光焊接，相反为了确保强度、美观而希望使用激光焊接时，最好不要写入堆焊指示。

· 需要采取安全措施

激光如果使用方法错误，可能会导致重大事故，因此全部激光产品都在JIS规格“激光产品安全标准”中规定了安全相关规格。使用激光的手焊装置全部划归危险度最高的“四级”，制造商也会采取各种安全措施。请注意按照规格和操作说明书采取正确的使用方法，例如设定激光管理区域、使用激光焊接专用的焊接面罩/护目镜、使用附带安全装置的便携焊炬、妥善管理设备的钥匙等。

激光焊接的加工事例

下面让我们看看激光焊接的实际加工事例。

（测试机型：便携焊炬型光纤激光焊接机　OPTICEL FH-450）

首先介绍一下SUS304的板厚0.5mm、板厚1.0mm的对接焊的加工事例。对于激光焊接擅长处理的薄板，能够实现低变形焊接。在焊接后没有去除变形和烧痕的状态下，能够实现漂亮的精加工。

下面在SUS304 板厚1.0mm的板上焊接管。在管下面的里侧能够看到焊道，不使用焊条，进行了母材焊接。为了便于看清焊道，拍摄时倾斜了板材，但SUS板侧几乎没有产生变形。里侧也没有焊接烧痕。

最后是SUS304 板厚1.2mm的箱体焊接的样本。使用夹具保持工件，使用激光定位焊接后，实施正式焊接。以较低的变形完成了产品，省去了精加工的麻烦。

激光焊接的诀窍

激光焊接能够实现焊接强度和美观的一举两得，是薄板的低变形焊接、条件管理容易等优点较多的接合方法，但另一方面也存在缝隙处理能力较差、不擅长堆焊等缺点。巧妙利用激光焊接的诀窍请注意以下几点。

· 提高折弯工序的精度，设置夹具，在创建无缝状态后进行焊接

· 如果事先问熟练者提供加工条件并登记方法，非熟练者也容易再现加工

· 如果保持以TIG焊接等以往加工方法为前提的图纸不变，仅将加工方法变更为激光焊接，则很难顺利完成加工。有时可以考虑研究变更设计。

· 如果希望最大限度的发挥强度、美观等激光焊接的优点，建议从设计阶段起以激光焊接为前提进行设计。

总结

激光焊接的最大优点在于能够低变形地焊接薄板。而且非熟练者也能焊接，因此有可能极大地改良以往依靠工匠技艺的焊接工艺。只要能正确地了解其缺点并适当应对，剩下的就只有优点了。请最大限度地有效利用激光焊接的优点吧。

文章来源：搜狐网

2025广州国际智能智造系列工业展将于2025年2月25-27日在中国进出口商品交易会展馆A区举行。广州国际智能制造系列工业展由广州光亚法兰克福展览有限公司主办，与多方携手合作，整合智能制造行业资源，同期举办包括广州国际工业自动化技术及装备展览会、广州国际模具展览会、广州国际3D打印展览会、广州国际智慧工业产业园区设施及技术展览会、广州国际仓储物流展览会、广州国际金属加工工业展览会、广州国际轴承展览会、广州国际激光及焊接工业展览会、广州国际工厂维护技术及设备展览会以及广州国际铸造、压铸及锻压工业展览会在内等主题展会；广州国际智能智造系列工业展更多资讯，详情请登陆官网 https://git.gymf.com.cn

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