隨著商用高功率激光器不斷向前發(fā)展，針對機械、汽車車身及零部件制造、冶金工業(yè)、電子、化工、醫(yī)療設備、航空航天及包裝等領域，采用大功率激光焊接技術必然是未來激光加工技術的主流趨勢。

激光深熔焊屬于自熔焊的一種，激光自熔焊接時是使原生金屬熔化，無需再添加弱焊料或焊劑，這也意味著更清潔的焊縫，無需擔心新的元素引進帶來焊縫性能發(fā)生變化，也減少了添置其他設備的成本。

在大功率激光深熔焊接時，總伴隨著一個深而窄的焊接小孔產(chǎn)生，而且激光功率越高，小孔越深。當激光束在小孔中產(chǎn)生的金屬蒸汽反沖壓力與液態(tài)金屬的表面張力和重力達到平衡之后，小孔不再繼續(xù)加深而形成穩(wěn)定的小孔。

激光深熔焊接小孔形成后，由于側(cè)壁聚焦效應，使小孔深度不斷增大，直至激光能量衰減到一定數(shù)值，小孔深度不再增大，最后獲得深而窄的焊縫。

激光深熔焊示意圖

但是因為焊接時沒有填充金屬，對焊接件接頭間隙有相當高的要求，要求工件對接間隙小、避免大的錯邊，所以厚板單道激光對接焊接一般較少采用純激光焊，以避免出現(xiàn)過大的焊縫表面塌陷。

高功率激光深熔焊接與傳統(tǒng)的焊接方法

相比有如下優(yōu)點

● 激光輻射照度大，加熱范圍小，熱輸入小，所以焊接變形和焊接殘余應力小，焊件精度高；

● 加熱和冷卻速度快，熱影響區(qū)窄，接頭的力學性能好；

● 可以焊接一般方法難以焊接的高熔點材料，如Zr、W、Mo、硬質(zhì)合金、陶瓷等；

● 深寬比大，焊接速度快，生產(chǎn)效率高；

● 可進行遠距離或難以接近的部位焊接。

但是對于高能量輸入和高功率密度的激光焊接，其焊接過程中極易產(chǎn)生各種焊接缺陷，而厚板缺陷的產(chǎn)生原因也比薄板焊接的情況復雜得多。

高功率光纖激光厚板焊接過程中，小孔極不穩(wěn)定，易產(chǎn)生飛濺、表面塌陷與底部駝峰等焊接缺陷，不僅影響焊縫美觀，而且影響了焊縫力學性能，這在很大程度上限制了高功率激光器在厚板焊接方面的應用。

為了避免焊接缺陷的產(chǎn)生

一般可以從以下幾個方面進行改善

焊接速度：焊接速度會直接影響線能量密度的大小，從而影響厚板焊接的熔透程度。

離焦量：改變離焦量會影響試件表面的光斑尺寸，并影響了到達試件表面及小孔內(nèi)的能量密度，影響激光穿透工件的能力。且很大程度上會影響飛濺和焊縫形貌。

保護氣：保護氣分為正面保護氣和背面保護氣。正面保護氣可以吹走萬瓦激光焊接過程中產(chǎn)生的等離子體，且可以有效保護正面焊縫成型，防止金屬氧化。

對接間隙：適當增加對接間隙有利于熔池的流動，可以消除因焊縫組織變大引起的表面凸起。但當間隙多大，激光能量易產(chǎn)生損失，熔融金屬無法填滿焊縫間隙而造成焊縫坍塌。

我們采用銳科萬瓦級激光器（RFL-C12000）對12mm厚的不同材質(zhì)板材進行焊接實驗，一起來看看其焊接效果如何吧！

12mm不銹鋼板拼接焊接

采用的焊接參數(shù)

12mm X86管線鋼拼接焊接

采用的焊接參數(shù)

12mm碳鋼板角接焊接

采用的焊接參數(shù)

三種材質(zhì)的焊縫正面及背面成型比較均勻，焊縫較窄且上下表面焊縫寬度基本一致，焊縫上下表面都沒有產(chǎn)生表面塌陷及底部駝峰，除碳鋼有少量飛濺外，不銹鋼和管線鋼也沒有產(chǎn)生飛濺，焊縫截面呈“I”字型，實現(xiàn)了良好的焊接效果。

12mm 碳鋼或不銹鋼弧焊和激光焊接對比