激光束焊接

激光束焊接（LBW）是一种通过使用激光来连接金属或热塑性塑料片的焊接技术。光束提供了集中的热源，可以进行窄而深的焊接和高焊接速率。该过程通常用于自动化等大批量应用中，例如汽车行业。它基于锁孔或穿透模式焊接。

像电子束焊接（EBW）一样，激光束焊接具有高功率密度（大约1 MW / cm ²），从而导致较小的热影响区以及较高的加热和冷却速率。激光的光斑尺寸可以在0.2毫米至13毫米之间变化，尽管仅使用较小的尺寸进行焊接。穿透深度与所提供的功率成正比，但也取决于焦点的位置：当焦点稍低于工件表面时，穿透深度xxx。可以使用连续或脉冲激光束。毫秒级脉冲用于焊接薄材料（例如剃须刀片），而连续激光系统用于深层焊接。

激光束焊接是一种通用工艺，能够焊接碳钢、HSLA钢、不锈钢、铝和钛。由于高冷却速度，在焊接高碳钢时会产生裂纹。焊接质量很高，类似于电子束焊接。焊接速度与所提供的功率成正比，但也取决于工件的类型和厚度。气体激光器的高功率能力使其特别适合大批量应用。激光束焊接在汽车行业特别占优势。

与EBW相比，激光束焊接的一些优点是：

• 激光束可以通过空气传输，而不需要真空
• 该过程可通过机器人机械轻松实现自动化
• 不产生X射线
• LBW可提高焊接质量

激光束焊接的一种衍生产品是激光混合焊接，它将激光束焊接的激光与诸如气体金属电弧焊的电弧焊方法相结合。这种组合允许更大的定位灵活性，因为GMAW提供熔融金属以填充接头，并且由于使用了激光，与GMAW通常可以提高的焊接速度相比。焊接质量也趋于更高，因为降低了咬边的可能性。

尽管激光束焊接可以手工完成，但是大多数系统是自动化的，并且使用基于计算机辅助设计的计算机辅助制造系统。激光焊接也可以与铣削结合形成最终零件。

最近，RepRap项目一直致力于熔融丝的制造，后来扩展到开源激光焊接系统的开发。这样的系统已经被充分表征，可以在减少传统制造成本的同时，在广泛的应用中使用。

• 常用的两种类型的激光器是固态激光器（特别是红宝石激光器和Nd：YAG激光器）和气体激光器。
• xxx种类型的使用几个固体介质，包括合成红宝石（之一铬在氧化铝）、钕玻璃，并且最常见的类型，钕在钇铝石榴石（ND：YAG）。
• 气体激光器使用氦、氮和二氧化碳等气体的混合物（CO2激光器）作为介质。
• 但是，不管哪种类型，当介质被激发时，它都会发出光子并形成激光束。

固态激光器的工作波长约为1 微米，比用于焊接的气体激光器要短得多，因此，操作人员必须佩戴特殊的眼镜或使用特殊的屏幕以防止视网膜损伤。Nd：YAG激光器可以在脉冲模式和连续模式下工作，但其他类型仅限于脉冲模式。最初仍然流行的固态设计是单晶体，形状为直径约20毫米，长200毫米的棒状，其端部被磨平。该棒被包含氙气或k气的闪光管包围。闪烁时，激光会发出持续约两毫秒的光脉冲。盘状晶体在工业中越来越受欢迎，并且闪光灯由于其高效率而被二极管取代。红宝石激光器的典型功率输出是10–20 W，而Nd：YAG激光器的输出功率在0.04–6,000 W之间。为了将激光束传送到焊接区域，通常使用光纤。

气体激光器使用高压，低电流电源来提供激发用作激光介质的气体混合物所需的能量。这些激光可以连续和脉冲两种方式工作，CO2气体激光束的波长为10.6μm，深红外，即“热”。光纤电缆吸收并被该波长破坏，因此使用了刚性的透镜和反射镜传输系统。气体激光器的功率输出可能比固态激光器高得多，达到25  kW。

在光纤激光器中，主要介质是光纤本身。它们的功率高达50 kW，并且越来越多地用于机器人工业焊接。

现代激光束焊接机可以分为两种类型。在传统类型中，激光输出移动以跟随接缝。通常，这可以通过机器人来实现。在许多现代应用中，使用远程激光束焊接。在这种方法中，借助于激光扫描仪使激光束沿着接缝移动，从而使机械臂不再需要跟随接缝。远程激光焊接的优点是焊接过程的速度更高，精度更高。