激光焊接是一种现代的焊接方法，是利用激光的辐射能量来实现有效焊接的工艺。其工作原理是：通过特定的方式来激励激光活性介质(如 CO2和其他气体的混合气体、YAG铝石榴石品体等)，使其在谐振腔中往复振荡，从而形成受激辐射光束，当光束与工件接触时，其能量被工件吸收，在温度达到材料熔点时便可进行焊接"

激光焊接特点是被焊接工件变形极小、能量密度高、精确控制、穿透能力强、焊缝的深宽比高、热输入量低、热影响区小、焊接质量比传统焊接方法高、不受磁场的影响、不局限于导电材料、不需要真空的工作条件、焊接过程中不产生x射线等。

随着制造部门把自动化技术应用到焊接过程，激光和计算机控制的结合能够更好更精确地控制焊接过程，从而提高产品质量。因此，激光焊接过程监测与质量控制成为激光利用领域的重要内容，包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，通过电子计算机处理，针对不同焊接对象和要求，实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，从而实现自动化激光焊接。激光可以用于对碳钢、低合金高强度钢、不锈钢、铝合金和TC4等进行焊接。激光焊接还具有熔池净化效应，能纯净焊缝金属，焊缝的机械性能相当于或优于母材。基于激光焊接具有的诸多优势，它是二十一世纪先进的制造技术之一，受到世界各国的重视，广泛的应用于航空航天、汽车制造、电子轻工业等领域。

中国的激光焊接处于世界先进水平，具备了使用激光成形超过12平方米的复杂钛合金构件的技术和能力，并投入多个国产航空科研项目的原型和产品制造中，具有更广泛的应用前景。2013年10月，中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖--布鲁克奖，中国激光焊接水平得到了世界的肯定。

激光焊接自1960年诞生以来，经过50多年的发展，已成为成熟的焊接技术。1961年开始应用于眼科治疗，1965年用于厚膜组件引线焊接，1974年世界首台五轴激光加工机——龙门式焊接机在福特建成，1979年氢激光焊接固定鼓膜皮瓣后，1982年莫斯科电工工艺展览会上演示了一台用激光焊接金项链的新型装置。自1982年开始进行大功率 CO2激光狗半脾切除和脾破裂的 CO2激光焊接止血的动物实验研究。1983年TMEIC公司生产了世界首条激光焊接生产线，自此公司积累了各种专利，包括操作方法和技术。1985年德国ThysenSteelCo.安装了汽车组合件激光焊接系统，用于Audi车生产。1987年宝马建立了激光焊接中心，用于车顶外壳与框架焊接。1994年德国Meyer船厂率先使用激光焊接制造sandwich夹心板，2001年底安装调试完毕，投入生产使用。20世纪末起激光焊接和切割生产线已成为许多汽车制造商的车身生产和装配手段，至2000年美国三大汽车公司的车身部件点焊生产线已被激光焊接生产线代替。

1965年前后，Nd: YAG和 CO2激光器相继出现。70年代初，Nd: YAG主要用于微型件切割和电路板焊接；70年代中后期， CO2用于各种金属材料的焊接；80年代后，性能进一步提高。Nd: YAG可连续或脉冲运转，光纤传输能提高系统灵活性； CO2多采用快速轴流结构，输出功率已达几千瓦以至上万瓦。射频激励和微波激励的 CO2激光器在激光焊接中也被广泛应用。激光焊接技术历经由脉冲波向连续波，由小功率向大功率，由单工件向多工件同时焊接发展，以及由简单焊缝向复杂焊缝发展。新型激光器包括直流板条式激光器、二极管泵浦的Nd: YAG激光器、 CO2激光器、半导体激光器、准分子激光器。设备智能化的特点是一机多用、多工位加工和长光纤长度；工艺改进主要指束流的复合，主要是激光电弧复合。激光-电弧复合可提高加工效率，提高焊接性差的材料焊接性，增加焊接稳定性和可靠性。激光加丝焊通过与电弧的复合变得容易而可靠。

2002年，中国第一条激光拼焊板生产线运行，从德国引进。宝钢股份阿赛洛、中国一汽宝友激光拼焊公司也相继投产。2003年，国外实现了A318铝合金下壁板结构双光束 CO2激光填丝焊和Nd: YAG激光填丝焊，代替传统铆结构减轻飞机机身重量的20%，节约了20%的成本。中国专家团队将“双光束激光焊接”技术引入到课题研究中，应用到飞机制造中。2003年，华工激光工程有限责任公司研制出国内首台大型带材在线式焊接成套设备，成为世界上第四家能够生产此类设备的企业。2004年，华工激光法利莱项目获得国家科学技术进步二等奖。2006年，中科院沈阳自动化研究所与日本石川岛播磨重工株式会社进行国际合作，攻克激光拼焊若干个关键技术，开发出国内第一套激光拼焊成套生产线。2013年，中国焊接专家获得了焊接领域最高学术奖--布鲁克奖。

激光焊接本质上是一个复杂的反应过程，表现为熔化、吸收、汽化和反射，微观上是量子过程。根据焊接的机理分为热传导焊接和激光深熔焊。热传导焊接是当激光辐射到焊接材料上时，材料吸收光能转化为热能，表面热量传递到材料深处使工件熔化，最终将焊件熔接到一起。激光深熔焊是将功率密度较大的激光束辐射到焊接材料时，材料将吸收的光能转化为热能，被加热到汽化产生金属蒸汽，产生的反作用力使熔化的金属液体流向四周并形成凹坑，随着热量的不断产生，凹坑逐渐加深，停止激光照射后，周边溶液回流、冷却后将工件焊接在一起。

热传导焊接通过激光辐射加热被焊金属表面，表面热量通过热传导作用向材料内部扩散，通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数，使工件熔化，形成特定的熔池，直至将两个待焊接的接触面互熔并焊接在一起热传导焊接应用于焊接微、小型材料和薄壁材料的精密焊接中，电池激光封焊机、首饰焊接机等都是常见的热传导焊接设备。

高功率密度激光束照射到材料上加热熔化以至气化产生蒸气压，熔化金属被排挤在光束周围使照射处呈现一个凹坑，激光停止照射后，被排挤在凹坑周围的熔化金属重新流回到凹坑凝固后将工件焊接在一起，这种焊接方法称为深熔焊接。激光深熔焊接应用于厚大材料高速焊接中，以多功能激光加工机的形式出现。

利用激光作为热源熔化焊接料，熔化的焊接钎料冷却后将工件连接起来，这种焊接方法称为激光钎焊。激光钎焊有软钎焊与硬钎焊两种方式，其中软钎焊主要用于焊接强度较低的材料，如焊接印刷电路板的片状元件，硬钎焊主要用于焊接强度较高的材料。

以上参考

随着激光焊接技术日益成熟，其应用范围也越来越广。就最具代表性的汽车行业而言，汽车车身的远程激光焊接、汽车零部件的激光一电弧复合焊接、激光钎焊等已经正在替代传统的焊接技术。激光焊接技术的广泛应用，是因为激光焊接与电弧焊、电阻焊等这些的焊接热源相比较具有很多优良特性。

各种类型激光的能量密度如图所示，其中Nd: YAG激光的能量密度最高，为14-16kW／mm2，半导体激光光为32kW/mm2,碟片激光为96kW/mm2,光纤激光为159kW/mm,激光的能量密度远高于电弧和等离子弧热源的能量密度。另外，额定功率300W单模的FBL激光能达到4718kW/mm2的超高能量密度，在如此高的能量密度下,可以想象完全改变了以往加工特性的理念。

各种焊接方法的结合速度Vj(焊接速度v×熔深t）。10 kW的光纤激光接合速度相当于60 kW的电子束焊接的接合速度，达到了极高加工能力水平。这是因为光纤激光的光束质量好而使焦点处的光束直径比电子束直径还小。可以预见在未来的焊接领域，将会进一步扩大激光焊接的应用范围。

除 CO2激光外，Nd: YAG激光、光纤激光、半导体激光、碟片激光等都是可以用光纤传导。采用光纤传导激光束的特点是：在传送的过程中激光的能量损失很小，并能传送到很远的地方。所以在加丁时，可以将激光器放置于与焊接丁位有一定距离的场所，容易实现焊接的自动化和柔性加工。与电弧焊和电阻焊相比较，更易于控制、实现自动化以及应用于自动生产线中。

激光焊接热输入小、冷却速度和凝固速度快，焊接热影响区小，显微组织微细化。应用300 W单模光纤激光器焊接板厚150µm的不锈钢，焊缝宽度极窄且成形美观。高功率光纤激光焊接在不锈钢高速轨道机车车辆上的应用，以及激光与电弧复合焊接在轮船甲板和轿车框架上的应用，展示了其巨大的潜力。激光焊接在飞机制造业、能源电力设备制造业、石油化工设备，制造业、航天航空制造业等行业领域的应用也越来越广泛。

1.焊件位置需非常精确，务必在激光束的聚焦范围内。

2.焊件需使用夹具时，必须确保焊件的最终位置需与激光束将冲击的焊点对准。

3.最大可焊厚度受渗透厚度限制，且渗透厚度远超过19mm的工件，生产线上不适合使用激光焊。

4.高反射性及高导热性材料如铝、铜及其合金等，焊接性受激光波长影响较大,较难实现热导焊。

5.当进行中能量至高能量的激光束焊接时，需使用等离子控制器将熔池周围的离子化气体驱除，以确保焊道的再出现。 CO2深熔焊时，熔池上方的等离子体需用惰性气体吹除，以消除其对激光的吸收和屏蔽，保证焊接过程稳定。

6. CO2激光能量转换效率较低，目前只能达到30%~40%。

7.焊道快速凝固，可能有气孔及脆化的危险。

8.设备昂贵。

为了消除或减少激光焊的缺陷，更好地应用这一先进的焊接方法，工程中常采用激光与其他热源复合焊接的工艺，主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊等。此外，各种辅助工艺措施，如激光填丝焊(可细分为冷丝焊和热丝焊)、外加磁场辅助增强激光焊、保护气控制熔池深度激光焊、激光辅助搅拌摩擦焊等也被采用。

现在激光焊接在各领域中得到了广泛的运用，因为焊接质量出现问题造成的危害是十分严重的，故正确控制和设定影响焊接质量的工艺参数，使其在激光焊接过程中控制在良好的范围内，对保证焊接质量有着重要的意义。现实生产中激光焊接的工艺参数如下

焊接速度低会使焊接材料过度熔化，从而导致工件焊穿，而焊接速度过快又会使焊接的熔深过浅。所以在现实生产中对特定材料的厚度和激光功率有一个合理的焊接速度范围。

离焦量是激光焊接的重要参数，因为离焦量改变了能量密度和光斑直径。当离焦量较小时，激光光斑直径小、功率密度大，熔池有较快的扩展速度，而初始匙孔直径减小；如果离焦量较大时，初始匙孔直径增大，而熔池扩展速度减慢，焊点尺寸有可能减小。

激光脉宽由热影响区和熔深确定，它区别于材料熔化和材料去除，决定加工设备的体积和造价。实践证明每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。

当焊接材料表面被高强度激光束辐射时，将会有60％～98％的能量反射而损失掉，且材料的反射率会随时间而变化。当材料温度在熔点时，反射率会下降，当材料在熔化状态时，反射率稳定在一定数值上。

单位面积内激光功率称为功率密度，它直接影响材料的升温时间，激光功率越大，材料表面温度升得就越快。高功率密度在切割、打孔等材料去除加工中得到广泛的应用。低功率密度易形成良好的熔融焊接，在传导型激光焊接中，其数值控制在104～105 W／cm2。

现如今，在国内外的汽车制造中激光焊接技术都应用得比较广泛，全球利用该项技术的生产线众多，且呈逐渐上涨趋势。据有关调查研究显示，在20世纪80年代，德国、日本等一些国家的汽车制造企业就应用了激光焊接技术，推动了制造业的发展。激光焊接技术在汽车制造领域中的应用包括对不等厚板的焊接、汽车零部件焊接等几类。

随着科学技术的不断发展，对于大多数的工业制造来说，对材料的要求都很高，以往的冶炼生产出的材料无法适应行业需求。而粉末冶金材料性能好等方面的优势，在慢慢取代冶铸材料，但同时也出现了和其它构件连接方面的问题。而激光焊接技术的应用有效解决了这一问题，为冶金材料的使用开辟了新路径。如：在粉末冶金材料连接过程中用钎焊方式对金刚石进行焊接，因熔合强度比较低，钎料在受热的情况下会脱落，而通过激光焊接就能够提升焊接强度。

在电子工业中激光焊接技术也得到了普遍应用，尤其是在微电子工业中运用更多。因激光焊接热影响范围很小，加热快，所以，在封装集成电路壳体中其优势非常突出。同时，在真空器件生产中，激光焊接也被高效使用，达到提高了焊接的效果。激光焊接在电子工业中，特别是微电子工业中得到了广泛的应用。由于激光焊接热影响区小加热集中迅速、热应力低，因而正在集成电路和半导体器件壳体的封装中，显示出独特的优越性，在真空器件研制中，激光焊接也得到了应用，如聚焦极与不锈钢支持环、快热阴极灯丝组件等。传感器或温控器中的弹性薄壁波纹片其厚度在0.05-0.1mm，采用传统焊接方法难以解决，TIG焊容易焊穿，带电粒子稳定性差，影响因素多而采用激光焊接效果很好，得到广泛的应用。

从生物医学的角度看，关于激光焊接应用的研究集中在功能恢复等层面。据有关实践表明，激光焊接与以往的缝合方式进行比较，它的缝合速度更快，期间也未发生异物反应，被修复组织也能够正常生长。

IS0(国际标准化组织)和IEC(国际电工委员会)分别是国际上两个资深的标准化组织。IS0和IEC两个与标准化相关的组织，目前均针对激光焊接技术成立了相关的委员会并制定了相应的标准。国际标准化组织针对焊接技术工艺以及光学技术成立了TC44进而TCl72委员会：TC44委员会主要研究激光切割和焊接应用相关的标准化工作，包含了相关的术语定义、设备的标准要求以及切割和焊接过程中的具体操作方法；TCl72委员会则主要负责激光发射器等设备的标准化工作，包括了相关的术语定义、设备的制作标准以及设备的实验流程。两个委员会共同合作制定出激光焊接技术的应用标准。国际电工委员会在通过下设TCI72委员会，研究并制定出了与激光设备安全应用和管理的标准，主要包括了对产品以及操作流程的规范化管理。

中国标准化体系根据激光焊接技术应用类型划分，包括通用激光标准和专用激光标准。通用激光标准制定由TC103和TC284负责；专用激光标准由全国焊接标准化体系委员会(TC55)负责。与国际现行标准化体系相比，中国在分工形式上与之相似，但中国标准制定分工更注重焊接技术基础和背景。中国激光焊接标准化体系包括通用基础、安全管理、产品制作和操作方法等标准，其中通用基础包含激光术语、命名规则和符号制定；安全管理包含激光设备使用安全、防辐射方法和安全标志制定；产品制作包含激光器、加工机器人标准和参数制定；操作方法包含各类参数测试方法和仪器测试标准。

欧洲激光领域标准由由CEN(欧洲标准化委员会)制定，包括TCI21负责激光焊接切割操作流程，TCl23委员会则主要负责相关设备仪器的标准制定。CEN在委员会制上与IS0／IEC存在差异，但在具体标准化体系上较为对应、标准一致。例如，CEN的12626：1997号标准与11553：1996号国际标准对应。

美国相较于其他国家在激光技术的使用以及标准化制定上起步较早。负责美国激光焊接技术标准的主要是焊接学会(AWS)和激光学会(LIA)。同时，为了保证焊接学会和激光学会在制定标准化体系方面的完善性，其制定的标准需要交由国家标准学会审核通过后实施。

激光焊接是在传统焊接技术的基础上发展起来的，其与传统的焊接技术相比,其优势在与它的应用范围更为广泛,能够最大限度的提高焊接的质量和精度。同时,它的功率密度比较高，可以快速释放能量。加之它的聚焦点很小，可以保证材料缝合效果不会让材料受损、变形。因而焊接结束后不必做后续处理，其本身就适用于高兴技术行业，在未来随着科技的进一步发展，人们对该项技术的深入了解，必然会在越来越多的领域得到应用。