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雷射焊接的神秘面紗：如何用光束完美連接金屬？
雷射焊接（LBW）是一種利用雷射來連接金屬或熱塑性材料的焊接技術。這種技術提供了集中熱源，使得焊接可以達到狹窄且深度的效果，同時焊接速度也相當快。LBW在汽車和航空等高精度的應用中，經常被用於高產量的自動化生產過程中。
雷射焊接以關鍵孔或穿透模式為基礎，能夠在小面積內集中大量熱能，造成的熱影響區域相對較小，因此焊接的精準度和質量都得到了保證。
操作過程
與電子束焊接（EBW）相似，雷射焊接具有高功率密度（約 1 MW/cm²），這使得其可以擁有快速的加熱與冷卻速率。雷射的焊接點大小可在 0.2 mm 到 13 mm 之間變化，但實際上焊接時使用的都會是較小的尺寸。焊接的深度與輸入的功率成正比，並且與焦點的位置有直接關聯：當焦點略低於工件表面時，穿透率達到最大。
雷射焊接的過程可以採用連續或脈衝的方式，視具體應用而定。例如，在薄材料焊接（像是剃須刀片）時，經常會採用毫秒級的脈衝，而對於深度焊接則多以連續性雷射系統進行使用。
LBW能夠焊接多種材料，包括碳鋼、高強度低合金鋼、不銹鋼、鋁和鈦等。然而，由於冷卻速率高的特性，在焊接高碳鋼時，出現裂紋的風險仍須謹慎處理。
工具與設備
自動化與計算機輔助製造
儘管雷射焊接可由人手操作，但大多數的系統已自動化，並根據計算機輔助設計（CAD）進行電腦輔助製造（CAM）。雷射焊接也可以與銑削結合形成最終產品。在 2016 年，RepRap 項目擴展至開放源碼的雷射焊接系統開發，這些系統在大範圍應用中被充分特徵化，並能顯著降低傳統製造成本。
雷射種類
常用的兩種雷射為固態雷射（尤其是紅寶石雷射和Nd:YAG雷射）與氣體雷射。固態雷射使用多種固態介質，最常見的是釔鋁石榴石（Nd:YAG）中摻入的釕。氣體雷射則使用氦、氮和二氧化碳等氣體的混合物作為媒介。在運作時，受激介質會發出光子形成雷射束。
雷射束傳遞技術
現代雷射焊接機器可分為兩種類型。傳統型將雷射輸出移動至焊縫，這通常是透過機器人實現的。而在許多現代應用中，則採用遠程雷射焊接技術，透過雷射掃描器移動雷射束沿著焊縫行進，這樣無需機器手臂隨著焊縫移動。遠程雷射焊接的優勢在於提高了焊接過程的速度和精確度。
脈衝雷射焊接的熱模型
脈衝雷射焊接相比連續波雷射焊接具有多個優勢，包含較低的孔隙率和更少的飛濺現象。然而，脈衝焊接也有缺點，例如在鋁合金焊接過程中可能導致熱裂紋。
對脈衝雷射焊接過程的熱分析可以協助預測焊接參數，比如熔合深度、冷卻速率和殘留應力。因此，了解脈衝雷射的特性是獲得高質量焊接的關鍵。
深入了解雷射焊接帶來的價值
在自動化的浪潮下，利用雷射焊接技術已經成為製造行業的重要趨勢。隨著科技的進步，我們有理由相信，未來的焊接將變得更加高效與精確。
如今，進一步探索如雷射焊接的這些高科技技術，是否會在未來重塑傳統製造模式，並引發產業的全新變革？
