與傳統焊接方法相比，激光焊接具有輸入能量密度高，工件熱影響區小，易于實(shí)現自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中有著(zhù)廣泛的應用。談到激光焊接時(shí)，人們往往會(huì )想到不用添加填料的具有數千瓦甚至數十千瓦輸出功率的二氧化碳激光焊接，或者是具有數千瓦輸出功率的YAG激光焊接。毫無(wú)疑問(wèn)，不加填料的大功率激光焊接給制造業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了飛躍性的進(jìn)步，解決了加工精度較高的結構
零件的焊接難題。但是，對于一些加工精度稍低、要求焊透深度較厚、不允許受高熱的結構零件和可焊性較差的材料，不加填料的激光焊接已不能適用，它會(huì )產(chǎn)生焊接質(zhì)量缺陷（如出現氣孔、凹陷、結構變形或者不能焊上等），造成整個(gè)零件或部件報廢，這就使激光焊接制造技術(shù)的應用受到了很多限制。
一直以來(lái)，國內大功率激
光焊接機并不十分成熟，需要大功率激光
焊接機的單位需花費數十萬(wàn)到近百萬(wàn)美元從國外進(jìn)口。
激光填絲焊接的研究為解決無(wú)填絲激光焊接在應用中受到的限制提供了有效的解決途徑。然而，通常所說(shuō)的激光填絲焊接多指大功率或超大功率的激光填絲焊接，這類(lèi)焊接主要針對較大或較厚的零部件，且已有大量研究成果和文獻報導。
而針對不允許受高熱、易變形等薄壁結構，微型結構及各種復雜異形結構的填絲焊接研究則較少，這類(lèi)零部件由于焊縫對接間隙寬度不確定，間隙形狀隨零件對接處的加工狀況和裝配質(zhì)量隨機變化，因而無(wú)法自動(dòng)控制被焊工件的運行，也無(wú)法控制填絲的填充方向和速度。本課題主要研究利用較小功率脈沖YAG激光做較小零件填絲焊接的工藝參數對焊接熱影響區及焊縫成形的影響。
激光填料焊接原理
激光填料焊接是指在焊縫中預先填入特定
焊接材料后，用激光照射熔化或在激光照射的同時(shí)填入焊接材料以形成焊接
接頭的方法。
與非填絲焊接相比，激光填絲焊接具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)避免了對工件加工、裝配要求過(guò)于嚴格的問(wèn)題；(2)可實(shí)現用較小功率焊接較厚、較大的零件；(3)可以通過(guò)改變填絲成分控制焊縫區域組織性能。
試驗條件和內容
1 試驗條件
試驗采用平均功率為200W的YAG脈沖
激光器，激光輸出模式為低階模，聚焦
透鏡焦距f=100mm，氮氣保護。
2 試驗內容
試件是由直徑Φ=1mm的不銹鋼絲經(jīng)特殊方法彎制成形的，圖1(a)所示是其中的一種。激光填料焊接需要做的就是在開(kāi)口一翼缺料處填料并焊接，使被切開(kāi)的一翼閉合形成一縫隙，另一翼可以在此縫隙內移動(dòng)?？p隙長(cháng)約4mm，待焊接處焊接后兩翼可以方便地開(kāi)合。
試件總長(cháng)度約為4cm，填絲為同牌號不銹鋼絲，直徑為Φ=0.4mm。采用氮氣作為保護氣體，通過(guò)旁軸
噴嘴對焊接試件進(jìn)行保護。焊接示意如圖2所示。
焊接時(shí)，使用專(zhuān)用
夾具將焊接試件固定在氣體保護區域內，采用手動(dòng)觸發(fā)激光及手動(dòng)送絲的方式進(jìn)行焊接。因試件較小，經(jīng)激光填絲焊接加工后的試件，被焊接處常常會(huì )有較多填料熔融堆積，所以，被焊接位置還需打磨修整，使焊接部位與周?chē)M織形成光滑過(guò)渡，如圖1（b）所示。
在焊接時(shí)，選用不同的焊接工藝條件(激光功率、激光作用時(shí)間、焦點(diǎn)位置、填絲角度、填絲速度等)對樣件進(jìn)行試驗。
試驗結果與討論
在焊接試驗中，只有在激光輸出功率小于40W，且作用時(shí)間較短時(shí)，填絲及試件基體較為均勻地受熱，從而避免產(chǎn)生過(guò)高溫度使樣件變形，也避免了填絲的汽化和蒸發(fā)。經(jīng)破壞性試驗證明，其焊縫強度達到要求。
1 激光輸出功率的影響
由于試件較小，激光輸出功率稍微發(fā)生改變，焊接熱影響區尺寸就會(huì )發(fā)生較大變化，當功率升高幾瓦時(shí)，樣件會(huì )因溫度過(guò)高而被蒸發(fā)，甚至熔斷；當功率太低時(shí)，試件則會(huì )因能量密度不足而不能熔融，即使延長(cháng)作用時(shí)間，也只能使試件發(fā)紅而變形，仍舊不能實(shí)現熔融焊接。
2 填絲速度的影響
填絲填充速度不能過(guò)快，過(guò)快會(huì )造成填絲因來(lái)不及熔化而堆積，很容易因外力導致填絲脫落使焊縫開(kāi)焊；如果填充速度過(guò)慢又不能達到效果，母材會(huì )因長(cháng)時(shí)間被激光作用而熔斷。所以，需要掌握較為合適的速度才能獲得滿(mǎn)意的焊縫。
3 填絲角度的影響
填絲角度是試件與填充焊絲之間的夾角，這是影響焊接效果的關(guān)鍵因素之一。如果角度太大，激光不能有效地到達焊接位置，母材與填絲之間不能均勻地受熱熔融，就會(huì )影響焊縫成型。試驗發(fā)現較小的填絲角度更有利于焊接。
4 焊接速度的影響
對于手動(dòng)激光焊接來(lái)說(shuō)，光斑的重疊量也是影響焊接的重要因素之一。由于樣件移動(dòng)是手動(dòng)的，移動(dòng)量太大會(huì )使光斑重疊量太小，不能充分熔化填絲及母材，導致焊縫焊接不牢；如果移動(dòng)量太小，光斑重疊量則會(huì )太大，填絲及母材因承受較高能量密度而受高熱，導致焊接位置的材料被蒸發(fā)甚至熔斷。因此，只有選擇合適的焊接速度，才能獲得令人滿(mǎn)意的效果。
5 保護氣體的影響
保護氣體的流速和方向對焊縫表面質(zhì)量起著(zhù)至關(guān)重要的作用，它可以保護熔池不被氧化，帶走熔池表面的汽霧以保護聚焦透鏡不被蒸發(fā)的汽霧污染。氣體流量過(guò)大或過(guò)小均不能得到滿(mǎn)意的焊縫。流量過(guò)大時(shí)，熔池攪拌激烈，易產(chǎn)生氣孔等缺陷，并帶走大量熱量，影響焊接熔融；流量過(guò)小則不能起到對工件的保護作用。
6 焊點(diǎn)中心位置的影響
由于所用激光輸出功率較小，因此對激光光斑中心位置的設定也是非常重要的。開(kāi)始的幾個(gè)光斑必須對準填絲，先將其熔化攤開(kāi)后，再考慮與母材的連接。
7 被焊零件表面潔凈情況的影響
被焊工件的表面是否清潔，對焊縫質(zhì)量起到?jīng)Q定性的作用。清潔不徹底時(shí)，焊縫會(huì )出現氣孔、裂紋等缺陷，這會(huì )使焊縫強度大大降低。
8 坡口間隙的影響
在實(shí)際焊接過(guò)程中，由于坡口間隙不確定、坡口形狀具有很大的隨機性，因此，在焊接試驗時(shí)，需要隨時(shí)調整焊接速度、送絲速度等參數，否則焊縫就會(huì )出現問(wèn)題。
應用展望
由于航空機載設備上的各零部件結構尺寸通常都較小，對各元、器件的性能及精度有很高的要求。比如其中的各種型號壓力
繼電器及鋰
電池外殼的密封焊接，這是此類(lèi)器件加工的最后一道工序，如果采用普通的激光密封焊接，對殼體零件的加工、配合精度要求很高。如果用大功率激光填料焊接，焊接時(shí)產(chǎn)生的高熱必然要影響內部元件的性能。而中、小功率激光填料焊接降低了對于殼體零件加工精度的要求，同時(shí)也避免了產(chǎn)生高熱的問(wèn)題。對于各型熱、磁
傳感器探針的對接焊接，各種型號航空液壓
電磁閥線(xiàn)圈骨架的焊接，新型戰斗機彈射座椅上的火箭包外殼、特種螺栓、真空膜盒等的焊接，如果使用大功率激光焊接必然會(huì )使部件因受高熱而變形。再如各種微電機齒輪軸、油箱、各種陀螺軸承組合件的焊接，葉輪、葉盤(pán)、葉環(huán)的焊接，轉子的焊接，鈦合金承力機匣的焊接，燃燒室襯套的焊接等，中、小功率激光填料焊接技術(shù)具有得天獨厚的優(yōu)勢。
中、小功率的激光填料焊接技術(shù)也可用于其他軍品。例如長(cháng)征系列火箭、東方系列火箭中的各種高壓氣瓶的焊接，以及各種液體燃料箱體的焊接等等?？傊?，用中、小功率激光填絲焊接技術(shù)可以確保型號的設計質(zhì)量。
結束語(yǔ)
在無(wú)填充焊料的激光焊接中，焊縫的成分僅取決于母材的成分，很難按照實(shí)際需要進(jìn)行調整。若采用填充焊料激光焊接，既應用了激光焊接這一先進(jìn)制造技術(shù)的加工優(yōu)點(diǎn)，又可以通過(guò)調整填充焊料的成分來(lái)改善焊縫的組織性能、防止缺陷的產(chǎn)生，滿(mǎn)足設計及工藝要求。
另外，激光作深熔焊時(shí)，一般使用大功率激光器，對設備的要求較高。當被焊接工件較小時(shí)，因熱輸入高、熱影響區大、變形嚴重，不易得到理想的焊接接頭，嚴重的還會(huì )影響產(chǎn)品的性能參數，使產(chǎn)品結構嚴重變形，甚至使整個(gè)結構零件報廢。
利用中、小功率激光做微型結構件的填絲激光焊接，是確保焊接接頭質(zhì)量、接頭性能、幾何形狀及尺寸精度的最佳焊接方案。該技術(shù)在提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、改進(jìn)結構的氣、油密封性能以及保證結構承力等方面較其他焊接更具優(yōu)越性。由此，可以得出以下結論：
(1)利用較小功率脈沖YAG激光進(jìn)行填絲焊接，能夠形成較好的焊接接頭。
(2)在熱導焊模式下，手動(dòng)控制焊接可以獲得較為均勻的焊接接頭。這對于加工尺寸一致性較差的微型結構件的填絲焊接是一個(gè)更可行、更具操控性的方法。
(3)利用較小功率的激光器，采用激光填絲焊接技術(shù)，配合激光深熔焊接工藝可實(shí)現厚板的焊接，焊縫逐層形成每次無(wú)須達到很大的熔深。這對于激光焊接技術(shù)的推廣具有較大的現實(shí)意義。
國外激光焊接技術(shù)的研究路線(xiàn)為：無(wú)填料中、小功率激光焊接技術(shù)研究→無(wú)填料大功率激光焊接技術(shù)研究→填料大功率激光焊接技術(shù)研究→填料中、小功率激光焊接技術(shù)研究。由此可見(jiàn)，西方發(fā)達國家曾經(jīng)想摒棄中、小功率激光焊接技術(shù)，但隨著(zhù)研究的發(fā)展，他們發(fā)現中、小功率激光焊接技術(shù)是無(wú)法摒棄的，才再次對其進(jìn)行研究。我們應該借鑒西方國家的經(jīng)驗，加強對中小功率激光填料焊接技術(shù)的研究。
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