激光焊接机焊接不同材料的优缺点解析

依赖高能量密度这一特性存在, 借由高精度这一关键要素, 依托低热影响区这一核心长处的激光焊接机, 已然蜕变为多行业里头金属连接的核心装备, 然而呢, 它的焊接成效如何, 优势得以施展的实际情形怎样, 还有存在的不足之处属于何种状况, 将会伴随着用来焊接的金属材料不一样而表现出显著的差异之处。不同的金属, 其激光吸收几率不一样, 热物理方面具备的特质不一样, 化学成分也是各有不同, 这些状况直接就决定了激光焊接所具备的适配性能怎样, 焊接质量是高是低, 以及应用场景到底是怎样的。在这篇文章当中, 将会把焦点汇聚到激光焊接机最为常见的金属材料上面去, 对每一种材料焊接的时候展现出来的优点以及缺点进行精细化拆解，从而为实际生产过程中的材料挑选以及工艺优化给予参考依据。

一、金属材料焊接：优点突出，局限性随材质差异明显

激光焊接机的主要适配对象是常见金属材料, 这其中包括碳钢, 不锈钢, 铝及铝合金, 铜及铜合金, 铸铁, 镍合金等, 其整体具备焊接效率高, 焊缝质量优的特点, 然而因为不同金属存在特性差异, 致使其焊接的优缺点呈现出较大区别, 在这些金属里碳钢、不锈钢的适配性是最优的, 其他常见金属则需要通过工艺优化来弥补局限性。

（一）碳钢与低合金钢

具备的优点是, 适配性很强, 针对激光有着较高的吸收率, 百分之五十到百分之七十左右；并不需经过复杂的预处理操作, 就能达成稳定焊接；焊接的速度飞快, 是传统电弧焊速度的两到五倍；能够实现高速且连续的焊接, 从而大幅度提高生产效率；热影响的区域极其狭小, 仅仅是传统焊接范畴的五分之一到十分之一罢了；焊接变形量非常小, 不需要进行后续矫形处理, 可节省工序；焊缝形成的形状均匀, 晶粒细小；接头强度能够达到母材的百分之八十五到百分之九十五；耐疲劳性十分优良；比较适合涉及薄壁, 精密部件以及大批量产出场景, 像钢结构, 管道, 工程机械部件等种种情况。

不足: 焊接性能因碳当量而受较大影响, 当碳当量超过百分之零点三时, 冷裂纹倾向会显著增加, 要额外开展预热、保温处理, 这会提升工艺复杂度以及生产成本；含硫、磷量过高（超过百分之零点零四）或者经过渗碳处理的碳钢、低合金钢, 焊接时容易产生裂纹、气孔, 难以得到优质焊缝；在镀锌碳钢焊接时, 锌的汽化温度远比钢的熔点低, 能够容易产生锌蒸气, 致使焊缝出现气孔、飞溅, 需要预留间隙或以采用特殊工艺, 这会影响焊接效率。

（二）不锈钢

优点是, 激光吸收率高, 奥氏体不锈钢能达到百分之六十至百分之八十, 同时, 导热系数仅为碳钢的三分之一, 热输入量小, 焊接后变形极小, 适合用于精密部件焊接, 焊缝成形美观且无氧化现象, 耐腐蚀性与母材基本一样, 无需后续进行防锈处理, 还可实现厚板与薄板的高效连接, 焊接速度快, 并且接头强度能达到甚至超过母材, 适配性广泛, 不管是奥氏体、铁素体亦或是马氏体不锈钢, 都可借由参数优化达成优质焊接, 广泛运用于食品机械、医疗器械、化工设备等领域。

缺点是, 马氏体不锈钢焊接以后, 接头容易出现硬脆的这种现象, 致使韧性下降了, 需要借助回火处理来降低硬度, 从而增加了工序；在焊接过程当中, 如果氩气、氦气这类保护气体使用得不恰当, 那么就容易致使焊缝氧化, 进而出现Cr贫化层, 最终降低了耐腐蚀性；当大厚度不锈钢焊接时, 要采用高功率激光设备, 然而该设备投入成本比较高。

（三）铝及铝合金

优点: 能够达成轻量化部件的高效连接, 与航空航天、汽车制造的轻量化需求相契合, 焊接速度快, 热影响区域小, 能够有效地防止铝合金焊接之际的变形以及晶粒粗大状况, 焊缝致密性良好, 接头强度能够达到母材的百分之七十至百分之八十五, 满足大部分结构件的使用要求, 可以焊接薄壁、异形件, 定位精度高, 适宜精密电子、航空部件的焊接。

存有这样的缺点, 对于近红外激光而言, 其反射率是极高的, 能够达到80% – 90%, 能量损失颇为大, 因而需要采用高功率激光设备, 或者是绿光激光焊接技术, 然而设备投入成本是很高的；其表面氧化层也就是Al₂O₃, 熔点高且硬度大, 要是没有把它彻底去除, 那么就会致使焊缝出现夹渣、未焊透等缺陷, 进而增加预处理工序；在焊接的时候容易产生气孔, 这是因为氢元素残留以及合金元素挥发, 所以需要严格控制焊接环境湿度以及材料清洁度；部分含有镁、硅等比较容易挥发元素的铝合金, 焊缝成形稳定性是比较差的, 所以需要反复去优化参数。

（四）铜及铜合金

采用绿光激光焊接时, 铜的吸收率能达到35%至40% , 进而可以实现无飞溅且无气孔的微小焊点深熔焊, 并且焊接精度是极高的, 焊接速度快, 热影响区小, 能有效地保留铜的导电以及导热性能, 适合电子触点、电动汽车铜部件等精密场景, 还能够实现铜与铜、铜与其他金属（像钢、铝）的异种焊接, 适配性灵活。

指出其不足之处在于, 对于近红外激光有着极高的反射率, 在传统红外激光进行焊接期间, 所呈现出的能量利用率很低的状况, 而且焊接进程并非处于稳定状态, 还伴随严重的飞溅现象, 最终致使无法获取到优质的焊缝；再加上黄铜因为其中所含锌的量比较高, 锌容易汽化进而产生气孔, 这使得焊接面临较大难度, 仅仅能够在特别规定的一些场景之下, 借助工艺层面的优化才能达成适配需求；在焊接的时候, 需要对保护气体流量以及焊接速度进行极为严苛的控制, 这种工艺所具有的门槛相当高: 同时对于操作人员具备较高的技能要求。

（五）铸铁

优点是, 激光焊接具有热输入量比较小的特点, 其热影响区也是比较窄的, 这样能够有效地减少铸铁焊接的时候白口组织的产生以及裂纹呈现, 进而避免母材性能实现劣化；它的焊接速度是比较快的状况, 和传统电弧焊相比较而言, 能够大幅度地提升生产效率, 适用于批量生产的场景；焊缝成形显得均匀, 连接头强度能够达到母材的百分之七十至百分之八十五, 从而可以满足农机、机床、工程机械等铸铁部件的修复与连接需要。

存在的不足是, 铸铁含碳量很高, 它的脆性极大, 在进行焊接之前, 需要实施预热处理, 预热的温度处于200到300℃之间 , 不然的话, 很容易产生冷裂纹, 导致工艺复杂度增加；, 在焊接的过程当中, 容易产生气孔、夹渣的情况, 所以要严格控制焊接参数, 注意母材的清洁度；对于焊接操作人员的技能要求比较高, 需要精确掌控激光功率以及焊接速度, 进而避免出现焊缝缺陷。

（六）镍及镍合金

优点: 激光焊接之际, 热影响的区域是小的, 能够有效地防止镍合金于高温状况下晶粒长得粗大, 从而把其耐高温以及耐腐蚀还有抗氧化的核心性能留存下来；焊接的接头塑性良好, 强度较高, 能够达到母材的水准, 适宜在高温与腐蚀环境里的部件进行连接；可以达成厚板跟薄板的高效连接, 焊接速度飞快, 适配用于化工以及航空航天等行业常见部件的焊接。

不足体现为, 焊接的时候要严格把控热输入, 不然的话容易致使焊缝晶粒变粗大, 接着使得接头韧性降低；对于焊接环境要求比较高, 得采用惰性气体来保护, 以求避免焊缝发生氧化；设备投入的成本比较高, 并且焊接材料的价格偏高, 因而增加了生产成本；焊接过程中容易出现应力集中的情况, 需要借助后续退火处理来优化接头性能。

四、总结

激光焊接机焊接常见金属材料时, 其优点与缺点, 核心由材料的激光吸收率、热物理特性跟化学成分决定。其中, 碳钢、不锈钢在焊接方面, 优点显著、局限性微小, 无疑是最适配激光焊接的常见金属材料。而铝及铝合金、铜及铜合金这两类材料, 要借助工艺优化以及设备升级, 来弥补诸如高反射、易氧化等方面的缺陷。至于铸铁、镍合金, 虽说适配激光焊接, 然而却需要解决脆性大、工艺要求高等问题。

在实际的生产情形当中, 对于碳钢、不锈钢、铝铜合金这类常见的金属而言, 需要依据材料自身的特性, 结合焊接方面的需求以及生产成本这些因素, 从而合理地挑选激光焊接工艺和设备, 经过对参数实施优化, 完善预处理的工序, 这样才能够将激光焊接的优势最大限度地加以呈现, 避开它所存在的局限性, 达成常见金属材料优质且高效的连接。