文/刘梦宇1-3，汤泉1, 2，胡伦珍1, 2，侯玉强1, 2，郭庆川1-3

1-激光与光学研究中心，安徽大学 

2-安徽柏逸激光科技有限责任公司 

3-信息材料与智能感知安徽省实验室，安徽大学

激光焊接是利用高能量激光束作为热源，通过聚焦镜将激光束聚焦在工件表面，使材料迅速熔化并形成焊接接头的一种焊接方法。其核心优势在于能量密度高、焊接速度快、热输入精确可控，能够显著减少热影响区和焊接变形，特别适用于高精度、高质量的焊接需求，如图所示是激光振镜焊接原理图。

图1 激光震惊焊接原理图

一、激光焊接与传统焊接方式的对比

1.传统焊接方法（如电弧焊、电阻焊和气体保护焊）在焊接时存在以下局限性：

（1）热影响区大：传统焊接方法的热输入较大，容易导致焊接接头的热影响区扩大，影响材料的性能。例如，硅钢片在电弧焊中易发生磁性能退化。

（2）焊接变形大：由于热输入不均匀，焊接过程中容易产生较大的焊接变形，影响工件的尺寸精度，尤其是铜条和铝片焊接时更为明显。

（3）焊接质量不稳定：传统焊接方法对操作人员的技能要求较高，焊接质量容易受到人为因素的影响，难以保证一致性。

2.激光焊接具有以下优势：

（1）高能量密度与局部加热：激光焊接能够实现极小热影响区的局部加热，减少热应力对材料性能的影响。

（2）精确控制与高质量焊接：通过精确控制激光束的聚焦位置和能量分布，激光焊接能够实现高质量的焊接接头，尤其适用于硅钢片焊接和铜铝异种金属焊接。

（3）自动化与定制化：采用定制化的振镜焊接设备，激光焊接能够实现自动化操作，提高焊接效率和质量的一致性。

二、焊接材料的属性与难度

1.硅钢片材料

硅钢片是一种含硅量较高的铁合金，具有良好的磁性能和较低的磁滞损耗，广泛应用于电机和变压器的制造。然而，硅钢片的焊接难度较大，主要体现在以下方面：

热敏感性高：焊接过程中产生的热应力可能影响硅钢片的磁性能，导致磁滞损耗增加。

叠层间隙控制：多层硅钢片焊接时，层间间隙的存在可能导致焊接不均匀，影响焊接强度。

图2 硅钢片材料激光叠焊

图3 硅钢片材料激光拼焊及全貌图

激光焊接在硅钢片焊接中表现出显著的优势： 

热影响区小：激光焊接的高能量密度和快速加热特性，使得热影响区显著减小，有效避免了硅钢片磁性能的退化。

焊接强度高：通过精确控制激光参数，激光焊接能够实现均匀的熔深和焊缝成形，确保焊接接头的强度。

生产效率高：定制化振镜焊接设备能够快速扫描多层硅钢片，实现高效、高质量的焊接，满足大规模生产需求。

2.铜条和铝片

铜和铝是两种常见的导电材料，具有良好的导电性和导热性，但其物理和化学性质差异较大，焊接难度较高：

金属间化合物：铜和铝在焊接过程中容易生成脆性的金属间化合物（如CuAl₂），降低焊接接头的力学性能和导电性能。

热膨胀系数差异：铜和铝的热膨胀系数不同，焊接过程中容易产生热应力，导致焊接变形和裂纹。

图4 铜铝材料激光焊接全貌图

激光焊接在铜条和铝片焊接中也展现出优异的性能：

抑制金属间化合物：激光焊接的快速加热和冷却特性，能够有效抑制铜铝之间脆性金属间化合物的生成，提高焊接接头的力学性能和导电性能。

减少焊接变形：激光焊接的热输入精确可控，能够显著减少焊接过程中的热应力，降低焊接变形和裂纹的产生。

适应复杂结构：定制化振镜焊接设备能够灵活调整激光束的扫描路径，适应铜条和铝片的复杂结构焊接需求，实现高质量的焊接接头。

三、总结

激光焊接技术以其独特的优势，正在逐步取代传统焊接方法，在精密电子、汽车制造、航空航天等领域得到广泛应用。

转自：柏逸激光

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