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摘要：激光焊接技术是目前发展较好,应用范围较广的新型再制造技术,有着良好的发展前景,世界各国对其都有较高的关注度。基于此,本文主要分析激光焊接技术的研究现状,并从航空航天领域方面分析激光焊接技术的发展趋势,同时提出对激光焊接技术的未来展望,希望能为关注此话题的研究学者提供相关参考价值。
关键词：激光焊接技术；研究现状；发展趋势
引言
近年来，激光焊接技术备受推崇，在各行各业中被广为应用，国内外的专家学者都对这一新型技术抱有浓厚兴趣，孜孜不倦地加以探索和研究，现已取得了丰硕的研究成果，进一步拓展了激光焊接技术的应用渠道，推动了其发展进程。为了保证激光焊接技术优势的最大化发挥，使企业和相关工作人员能够更加清楚明了地认识该项技术，科学合理地使用这一技术手段，下面将对激光焊接技术研究至今所取得的成果加以阐述，并展望其未来发展前景，仅供参考和借鉴。
1 激光焊接技术研究现状
目前，在激光焊接技术的研究过程中，其研究领域主要集中在激光器、等离子体控制、自动检测技术及各种材料激光焊及激光切割质量等方而。下而将从三个方而对激光焊接技术研究现状进行概述。
1.1 激光器的研究现状
目前，应用较为广泛且技术较为完善的激光器主要有CO2激光器、Nd:YAG激光器和半导体激光器等。
CO2激光器属气体激光器，其激光活性介质为碳酸气、氮气、氦气等混合气体，其中CO2为产生辐射的气体，氢气和氦气为辅助性的气体，发射光一般以连续的方式工作，波长为10.6微米，电能转化为光能的效率为10%-30%，其输出功率一般为0.5-50kW;世界上第一台激光器所用工作物质为红宝石。
而Nd:YAG激光器属固体激光器，钻铝石榴石(YAG)晶体中加有一定量钦离子是它的激光活性介质，发射光的工作方式为连续和脉冲，波长为1.06微米，电能转化为光能的效率为3%-10%，其输出功率一般为0.1-5kW。
Nd:YGA激光器的电-光转化效率比CO2激光器的低，材料对其光束吸收率高，对高反射效率的材料有较好的焊接效果，特别是Nd:YAG激光器可用光纤运输，使得其与机器人加工系统匹配方便，这对自动化生产和远程控制的实现有着重要的意义，因此在激光焊接中占据主要地位。
虽然集中开发研制设备仍然是CO2激光器，但提高最大输出功率已不在其中，而光束质量及其聚焦性能的提高才是其核心。
研发提高平均功率是Nd:YAG激光系统的发展趋势，而此发展趋势受限于难生长出高质量晶体和获得激光技术。
近年来，新型激光器正高速发展，比如CO激光器和光纤激光器。CO激光的波长是CO2激光的一半，材料对CO的吸收率大于CO2，相对于YAG激光器，CO激光器具有其所特有的低成本和输出易于放大等特点，几十千瓦的输出十分容易获得，适合应用于手工业的制造。光纤激光器也凭借着免维护，转换效率高于27%，光纤距离大焦距(可达200m)等众多优势占据工业市场，具有十分强大的发展潜力。
1.2 等离子体控制的研究现状
等离子体是不同于固、液、气的物质第四态，它的出现俨然成为激光技术而临的最大问题。激光的高能量密度使金属汽化，在空气中当汽化后的金属与激光接触，出现电离现象便产生了大量的等离子体。等离子体吸收、散射和折射激光束的特点，使光斑聚焦位置偏离，焊接效果直接受到影响。
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因此，如何控制等离子体是激光优化的最有效方式。日本的YArata发明了激光摆动法避免等离子体的产生。影响激光束传输的关键是等离子体的电子密度，可通过磁场辐射的方式来降低等离子体对激光束的屏蔽作用。除此之外，也可侧吹辅助气体或者在低气压环境中进行焊接，以此来控制等离子体。
1.3 激光焊接过程自动检测的研究现状
激光焊接过程需要实时监控技术对产品的质量进行控制，这是激光焊接技术实现自动化的研究方向。有研究者系统地阐述了在激光焊接过程中对声信号和光信号的检测，并设计了具有可行性的设计方案。
通过设计了用来检测等离子体动态电信号的绝缘喷嘴。高向东等利用视觉传感技术和图像处理技术，有效地提取了焊接过程中的各种信号，实现了激光焊接技术的自动化控制YoungWhanPark等通过UV和IR探测器检测等离子的红外线和紫外线辐射，使得焊接过程的在线监测成为可能.
利用数学模型论证了热源控制在焊接过程中的重要作用。SDixon等利用电磁学转换器检测焊接过程中的超声波，通过材料内部的超声波来反映焊接缺陷。
2 激光焊接技术的发展趋势探析
旺盛的好奇心驱使着人类社会在不断进步，仰望蓝天时很多人都不禁产生了这样的疑问：宇宙中是否会有适合于我们生活的星球？是否会有其他的智慧生命存在？正是因为人们被神秘的宇宙所深深吸引，他们希望能够更深入地挖掘出宇宙的奥秘，所以各国的航空航天事业一直保持高速的发展态势。众所周知，飞机的组成结构是比较复杂的，各部分构件通常是由材料和零件拼装焊接而成，以往采用的焊接技术有电子束焊、扩散焊和激光焊，现如今激光焊的优势逐渐彰显出来，对激光焊接技术的研究也在如火如荼的开展。要想在蓝天下翱翔，在宇宙中畅游，就必须要依托于先进的、高质量的飞行设备，运用激光焊接技术制造飞行器在性能方面要远远优于同类型的其他飞行设备，在飞机各部分结构中基本上都可以看到激光焊接的影子，使得飞机的密闭性更好，自重大大降低，耗油量减少，无论是飞机的生产制造还是运营成本都得到了有力的控制，同时也显著提高了飞机行驶的安全性。激光焊接技术在航空航天事业中的应用俨然是其未来发展的重要趋势之一。
激光焊接技术对于材料造成的损伤可以说是微乎其微，使得材料之间紧密地连接到一起，不存在丝毫的缝隙，在不同材质材料和金属焊接中都比较适用，对于工作环境也没有特殊要求，激光焊接技术因而获得了极为广阔的发展空间。现如今激光焊接技术正从军事领域逐渐转移到民用领域，在医学领域中的应用更会带动医疗卫生行业的长足发展，例如将激光焊接技术运用到精密医疗仪器的制造中，这些仪器设备在神经医学、生殖医学领域的应用无疑是患者的福音，有助于提高患者康复率，防范医疗事故的发生。除此之外，对于焊接材料的研发也要予以一定的重视，加大对有色金属、异种材料、复合材料的研究力度，还要将激光焊接技术与其他技术手段结合使用，促进焊接工艺的改良以及焊接质量的稳步提升。在加工系统方面，积极研发智能化焊接系统，赋予其在线监控功能，实现对问题的及时反馈和处理。将先进的计算机技术和人工智能技术相结合，彻底解放劳动力，提高焊接效率和焊接质量。可以预见在未来，激光焊接技术将会在多个领域发挥更深层次的作用。
结语
激光焊接技术有着巨大的应用潜力和广阔的发展前景，国内外一直致力于对该技术的研究。在未来激光焊接技术将会从军事领域扩展运用到民用领域和医疗领域，对于焊接材料、焊接工艺和焊接系统的研究也要加大力度，以便于充分展现激光焊接技术的优势，不断改良焊接工艺，提高焊接效率和焊接质量，促进激光焊接技术应用领域的持续健康发展。
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论文作者:杨培云
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年13期
论文发表时间:2019/10/10
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