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雷射焊接的神秘面纱：如何用光束完美连接金属？
雷射焊接（LBW）是一种利用雷射来连接金属或热塑性材料的焊接技术。这种技术提供了集中热源，使得焊接可以达到狭窄且深度的效果，同时焊接速度也相当快。 LBW在汽车和航空等高精度的应用中，经常被用于高产量的自动化生产过程中。
雷射焊接以关键孔或穿透模式为基础，能够在小面积内集中大量热能，造成的热影响区域相对较小，因此焊接的精准度和质量都得到了保证。
操作过程
与电子束焊接（EBW）相似，雷射焊接具有高功率密度（约 1 MW/cm²），这使得其可以拥有快速的加热与冷却速率。雷射的焊接点大小可在 0.2 mm 到 13 mm 之间变化，但实际上焊接时使用的都会是较小的尺寸。焊接的深度与输入的功率成正比，并且与焦点的位置有直接关联：当焦点略低于工件表面时，穿透率达到最大。
雷射焊接的过程可以采用连续或脉冲的方式，视具体应用而定。例如，在薄材料焊接（像是剃须刀片）时，经常会采用毫秒级的脉冲，而对于深度焊接则多以连续性雷射系统进行使用。
LBW能够焊接多种材料，包括碳钢、高强度低合金钢、不锈钢、铝和钛等。然而，由于冷却速率高的特性，在焊接高碳钢时，出现裂纹的风险仍须谨慎处理。
工具与设备
自动化与计算机辅助制造
尽管雷射焊接可由人手操作，但大多数的系统已自动化，并根据计算机辅助设计（CAD）进行电脑辅助制造（CAM）。雷射焊接也可以与铣削结合形成最终产品。在 2016 年，RepRap 项目扩展至开放源码的雷射焊接系统开发，这些系统在大范围应用中被充分特征化，并能显著降低传统制造成本。
雷射种类
常用的两种雷射为固态雷射（尤其是红宝石雷射和Nd:YAG雷射）与气体雷射。固态雷射使用多种固态介质，最常见的是钇铝石榴石（Nd:YAG）中掺入的钌。气体雷射则使用氦、氮和二氧化碳等气体的混合物作为媒介。在运作时，受激介质会发出光子形成雷射束。
雷射束传递技术
现代雷射焊接机器可分为两种类型。传统型将雷射输出移动至焊缝，这通常是透过机器人实现的。而在许多现代应用中，则采用远程雷射焊接技术，透过雷射扫描器移动雷射束沿着焊缝行进，这样无需机器手臂随着焊缝移动。远程雷射焊接的优势在于提高了焊接过程的速度和精确度。
脉冲雷射焊接的热模型
脉冲雷射焊接相比连续波雷射焊接具有多个优势，包含较低的孔隙率和更少的飞溅现象。然而，脉冲焊接也有缺点，例如在铝合金焊接过程中可能导致热裂纹。
对脉冲雷射焊接过程的热分析可以协助预测焊接参数，比如熔合深度、冷却速率和残留应力。因此，了解脉冲雷射的特性是获得高质量焊接的关键。
深入了解雷射焊接带来的价值
在自动化的浪潮下，利用雷射焊接技术已经成为制造行业的重要趋势。随着科技的进步，我们有理由相信，未来的焊接将变得更加高效与精确。
如今，进一步探索如雷射焊接的这些高科技技术，是否会在未来重塑传统制造模式，并引发产业的全新变革？
