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深度了解雷射焊接：什么使这个技术如此精确和高效？
雷射焊接（Laser Beam Welding，简称LBW）是一种使用雷射来焊接金属或热塑性材料的技术。与传统焊接方法相比，这种方法的关键在于其能够提供集中且强大的热源，进而达成窄而深的焊接效果，焊接速度也相对较快。 LBW通常用于高需求的精密应用，并在汽车和航空业中受到广泛应用。它主要依赖于关键孔模式或穿透模式焊接。
作业原理
雷射焊接和电子束焊接（EBW）都具备高功率密度，达到1 MW/cm²的等级，因此热影响区域小，且加热和冷却速度快。雷射的焦点大小范围介于0.2 mm至13 mm之间，不过焊接时只会使用较小的大小。焊接深度与供应的功率量成正比，但也依赖于焦点的位置：当焦点稍微位于工件表面下方时，穿透力达到最大。根据应用需求，可以使用连续或脉冲雷射。毫秒级的脉冲适合用于焊接薄材料，如剃须刀，而连续雷射系统则用于深焊接。
LBW是一种多功能的过程，能够焊接碳钢、高强度低合金钢、不锈钢、铝和钛材料。
由于冷却速率极快，在焊接高碳钢时可能会出现裂纹。 LBW的焊接品质高，与电子束焊接的品质相当。焊接速度除了取决于供应的功率量外，也与工件的种类和厚度有关。由于气体雷射的高功率能力，使得LBW特别适合于大批量的应用。尤其在汽车产业中，LBW的应用尤为突出。
设备及自动化
雷射焊接系统虽然可以手工操作，但大多数系统都是自动化，并依赖于基于计算机辅助设计（CAD）所构建的计算机辅助制造（CAM）系统。雷射焊接还可以与铣削联合使用以形成成品。在2016年，RepRap项目扩展至开发开源的雷射焊接系统，这些系统已被充分表征，并可以在广泛的应用中使用，同时降低传统制造成本。
雷射技术
雷射焊接中常用的两种雷射类型是固态雷射（尤其是红宝石雷射和Nd:YAG雷射）及气体雷射。固态雷射使用多种固态媒介，包括合成红宝石（含铝氧化物中的铬）、玻璃中的钕（Nd:glass）及最常用的钕锆钛石（Nd:YAG）。气体雷射则使用如氦、氮及二氧化碳（CO2雷射）等气体混合物作为媒介。当媒介被激发时，会发射光子并形成雷射束。
雷射束的传递方式
现代雷射焊接机器可分为两种类型。传统型是将雷射输出移动以跟随焊接接缝，通常由机器人达成。在许多现代应用中，则使用远程雷射束焊接。这一方法使用雷射扫描器沿接缝移动雷射束，这样机器人臂不再需要跟随接缝，从而提高了焊接过程的速度和精度。
热建模与焊接过程
脉冲雷射焊接比连续波雷射焊接具有一些优势，例如更低的孔隙率和较少的飞溅，但也存在引发铝合金热裂纹等缺点。对于脉冲雷射焊接过程的热分析可以协助预测焊接参数，如熔融深度、冷却速率及残余应力。由于脉冲雷射过程的复杂性，必须采用包括数学模型构建、热循环计算及验证在内的开发周期。
理解吸收效率是计算热效应的关键。
未来的展望
随着技术的进步，雷射焊接在各种行业的应用将会越来越普遍。这不仅改变了传统焊接方式的面貌，也推动了制造业向更高效、更精确的方向发展。在凸显工业自动化进程的当下，雷射焊接技术的持续改进无疑是未来制造业的重要趋势之一。你是否已经考虑到这项技术可能为你的行业带来的变革？
