激光加工：热传导焊接，深熔焊接，塑料焊接和铜焊接

对激光焊接加工的常见工艺原理进行简单描述，内容包括 热传导焊接Heating Conduction Welding，深熔焊接 Keyhole Welding，塑料焊接 Plastic Welding和铜焊接 Copper Welding。

1.热传导焊接 Heat Conduction Welding

热传导焊接的特点是激光的入射深度小，不超过1mm，主要用于薄板材料和薄金属管件的焊接。在焊接过程中，激光沿着需要焊接的轨迹将板材熔化，使两块薄板连接处熔化结合，冷却后形成焊缝。

焊接使用的光束功率密度低，工件吸收激光后，温度只要达到表面熔点，然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池，因此经济性好。另外焊缝平滑无气孔，可用于外观件的焊接加工。

典型应用是不锈钢水槽焊接，金属波纹管，金属管件焊接等。

2.深熔焊接 Keyhole Welding

对材料进行深熔焊加工时需要非常高的激光功率。不同于热传导焊接，深熔焊接不仅使金属熔化，且使金属气化。熔化金属在金属蒸汽压力作用下排出形成小孔。激光束继续照射孔低，使得小孔不断延伸，直到小孔内的蒸汽压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。深熔焊接后，会形成一个狭窄而均匀的焊缝，其深度一般会比焊缝宽度大。该工艺具有加工速度快、热影响区小的特点，因此材料变形小。

典型的应用是对厚钢板（10-25mm）焊接，以及动力电池铝壳焊接。

3.塑料焊接 Plastic Welding

激光透射焊用于可透光的塑料（塑料本色）和吸收激光的塑料（黑色）焊接。焊接前上下两塑料零件在治具压力下贴合。焊接时激光束穿透上层透光材料（Transparent material）到达下方吸收层（Absorbing Material）表面。在接合处产生热量并熔化塑料，冷却后形成焊缝。这种焊接可以强化基材的硬度。

塑料激光焊接是一种非接触式焊接方式，相比较传统超声焊接，可以保护不耐振动的部件或复杂的电子原件，且无振动颗粒物产生。激光焊接轨迹可以自由设定，因此结构和外形设计上有很大的灵活性。

塑料激光焊接采用激光束功率密度低，一般小于200W，因此经济性好。典型案例是汽车电子元件外壳焊接等。

4 铜焊接 Copper Welding

目前现有的工业用激光源需耗费更大能量才能对有色金属，如铜这一类材料实现批量加工。蓝光二极管激光器的发展为这个局面提供新的可能性。因为铜和金对蓝光的吸收比红外光要高7-20倍。

蓝光激光器在铜的焊接上所需的能耗比红外激光器低84%，在金的焊接上甚至要低92%。这意味着，当红外激光器需要10 kW的激光功率来焊接铜或金材时，使用蓝光激光器仅需要约1 kW，或0,5 kW的功率。

蓝光激光器实现了铜和其他硬度较小的有色金属的可控热传导焊接工艺，可以非常容易地加工一毫米以下的材料。薄金属片用红外线激光器加工时容易断裂，不易连接。现在借助蓝光激光器可以让材料在可控的条件下进行加工。焊缝不仅美观而且牢固。此工艺本质上和红外线激光器相似，只是运用的激光波长不同。下图是采用蓝光激光器的加工效果。