技能培训之激光焊接的基础知识

何谓激光焊接？

首先"激光”是取英文的"LightAmplificationbyStimulatedEmission

ofRadiation（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。

LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiatio

嬴-辐射

I

取开头文字即为LASER

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。在镀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

边吹送氮气、氮气等保护气体一边焊接。

光纤激光振荡器

激光加工头

激光

保护气体

熔融部(熔融、凝固)

工件

激光焊接的种类

YAG激光焊接

YAG是名为轨铝柘榴石(YttriumAluminumGarnet)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，但在银

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lkW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

镀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cpO.l~(p0.6mm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cpO.lmm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