1 引言

20世紀(jì)60年代，激光的出現(xiàn)是人類(lèi)史上最重大的科學(xué)成果之一，而在激光工藝技術(shù)中，激光焊接技術(shù)是目前重點(diǎn)發(fā)展的技術(shù)。

20世紀(jì)末，歐美各國(guó)已將激光焊接技術(shù)在工業(yè)制造過(guò)程中充分應(yīng)用。而我國(guó)激光焊接技術(shù)剛剛起步，其在工業(yè)發(fā)展的應(yīng)用還需根據(jù)我國(guó)的工業(yè)發(fā)展特點(diǎn)制定出相應(yīng)的策略。

隨著工業(yè)制造的快速發(fā)展，環(huán)保、節(jié)能、高效、敏捷的加工技術(shù)將成為發(fā)展重點(diǎn)，而激光焊接技術(shù)正是符合這一發(fā)展趨勢(shì)的加工技術(shù)，因此它將會(huì)成為21世紀(jì)最有發(fā)展前景的應(yīng)用技術(shù)之一。

2 激光技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前，在激光焊接技術(shù)的研究過(guò)程中，其研究領(lǐng)域主要集中在激光器、等離子體控制、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及各種材料激光焊及激光切割質(zhì)量等方而。下而將從三個(gè)方而對(duì)激光焊接技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述。

2.1激光器的研究現(xiàn)狀

目前，應(yīng)用較為廣泛且技術(shù)較為完善的激光器主要有CO2激光器、Nd:YAG激光器和半導(dǎo)體激光器等。

CO2激光器屬氣體激光器，其激光活性介質(zhì)為碳酸氣、氮?dú)?、氦氣等混合氣體，其中CO2為產(chǎn)生輻射的氣體，氫氣和氦氣為輔助性的氣體，發(fā)射光一般以連續(xù)的方式工作，波長(zhǎng)為10.6微米，電能轉(zhuǎn)化為光能的效率為10%-30%，其輸出功率一般為0.5-50kW;世界上第一臺(tái)激光器所用工作物質(zhì)為紅寶石。

而Nd:YAG激光器屬固體激光器，鉆鋁石榴石(YAG)晶體中加有一定量欽離子是它的激光活性介質(zhì)，發(fā)射光的工作方式為連續(xù)和脈沖，波長(zhǎng)為1.06微米，電能轉(zhuǎn)化為光能的效率為3%-10%，其輸出功率一般為0.1-5kW。

Nd:YGA激光器的電-光轉(zhuǎn)化效率比CO2激光器的低，材料對(duì)其光束吸收率高，對(duì)高反射效率的材料有較好的焊接效果，特別是Nd:YAG激光器可用光纖運(yùn)輸，使得其與機(jī)器人加工系統(tǒng)匹配方便，這對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程控制的實(shí)現(xiàn)有著重要的意義，因此在激光焊接中占據(jù)主要地位。

雖然集中開(kāi)發(fā)研制設(shè)備仍然是CO2激光器，但提高最大輸出功率已不在其中，而光束質(zhì)量及其聚焦性能的提高才是其核心。

研發(fā)提高平均功率是Nd:YAG激光系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，而此發(fā)展趨勢(shì)受限于難生長(zhǎng)出高質(zhì)量晶體和獲得激光技術(shù)。

近年來(lái)，新型激光器正高速發(fā)展，比如CO激光器和光纖激光器。CO激光的波長(zhǎng)是CO2激光的一半，材料對(duì)CO的吸收率大于CO2，相對(duì)于YAG激光器，CO激光器具有其所特有的低成本和輸出易于放大等特點(diǎn)，幾十千瓦的輸出十分容易獲得，適合應(yīng)用于手工業(yè)的制造。光纖激光器也憑借著免維護(hù)，轉(zhuǎn)換效率高于27%，光纖距離大焦距(可達(dá)200m)等眾多優(yōu)勢(shì)占據(jù)工業(yè)市場(chǎng)，具有十分強(qiáng)大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 等離子體控制的研究現(xiàn)狀

等離子體是不同于固、液、氣的物質(zhì)第四態(tài)，它的出現(xiàn)儼然成為激光技術(shù)而臨的最大問(wèn)題。激光的高能量密度使金屬汽化，在空氣中當(dāng)汽化后的金屬與激光接觸，出現(xiàn)電離現(xiàn)象便產(chǎn)生了大量的等離子體。等離子體吸收、散射和折射激光束的特點(diǎn)，使光斑聚焦位置偏離，焊接效果直接受到影響。

因此，如何控制等離子體是激光優(yōu)化的最有效方式。日本的YArata發(fā)明了激光擺動(dòng)法避免等離子體的產(chǎn)生。影響激光束傳輸?shù)年P(guān)鍵是等離子體的電子密度，可通過(guò)磁場(chǎng)輻射的方式來(lái)降低等離子體對(duì)激光束的屏蔽作用。除此之外，也可側(cè)吹輔助氣體或者在低氣壓環(huán)境中進(jìn)行焊接，以此來(lái)控制等離子體。

2.3 激光焊接過(guò)程自動(dòng)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀

激光焊接過(guò)程需要實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行控制，這是激光焊接技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的研究方向。有研究者系統(tǒng)地闡述了在激光焊接過(guò)程中對(duì)聲信號(hào)和光信號(hào)的檢測(cè)，并設(shè)計(jì)了具有可行性的設(shè)計(jì)方案。

Li和Steem等設(shè)計(jì)了用來(lái)檢測(cè)等離子體動(dòng)態(tài)電信號(hào)的絕緣噴嘴。高向東等利用視覺(jué)傳感技術(shù)和圖像處理技術(shù)，有效地提取了焊接過(guò)程中的各種信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了激光焊接技術(shù)的自動(dòng)化控制YoungWhanPark等通過(guò)UV和IR探測(cè)器檢測(cè)等離子的紅外線和紫外線輻射，使得焊接過(guò)程的在線監(jiān)測(cè)成為可能.

ChangWS和SJNa用數(shù)學(xué)模型論證了熱源控制在焊接過(guò)程中的重要作用。SDixon等利用電磁學(xué)轉(zhuǎn)換器檢測(cè)焊接過(guò)程中的超聲波，通過(guò)材料內(nèi)部的超聲波來(lái)反映焊接缺陷。

目前的研究結(jié)果表明:聲、光、電、紫外/紅外線輻射信號(hào)和超聲波信號(hào)可用來(lái)檢測(cè)激光焊接過(guò)程。