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美國(guó)在20世紀(jì)70年代初的航空航天工業(yè)中，已利用15kW的CO2激光器針對(duì)飛機(jī)制造業(yè)中的各種材料、零部件，進(jìn)行焊接試驗(yàn)、評(píng)估及工藝的標(biāo)準(zhǔn) 化。用6kW的CO2激光器焊接噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室襯套，該零件需在1.2mm厚的鎳基合金輪緣與冷彎零件上得到1.8mm深的焊縫，如此嚴(yán)格的焊縫深度要 求只有激光焊才能實(shí)現(xiàn)。

空中客車(chē)A340飛機(jī)的制造中，其全部鋁合金內(nèi)隔板均采用激光焊接，大大簡(jiǎn)化了飛機(jī)機(jī)身的制造工藝；機(jī)身蒙皮與筋板的激光焊接取得了突破性進(jìn)展并已 在空中客車(chē)A380上得到應(yīng)用，在相同結(jié)構(gòu)剛度條件下，用激光焊接技術(shù)取代傳統(tǒng)的鉚接能減輕機(jī)身重量10%～20%，提高強(qiáng)度近20%。

我國(guó)也已將激光加工技術(shù)及設(shè)備列為“當(dāng)前國(guó)家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域”。中國(guó)一航北京航空制造工程研究所的高能束流加工技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí) 驗(yàn)室，集激光加工技術(shù)、電子束加工技術(shù)和等離子體加工技術(shù)于一體，是我國(guó)唯一同時(shí)擁有三束加工技術(shù)的研究單位?！熬盼濉?、“十五”期間，在激光焊接過(guò)程機(jī)理及應(yīng)用方面開(kāi)展了大量的研究工作，包括航空用金屬材料的激光焊接工藝及機(jī)理研究、精密激光焊接技術(shù)研究、新型材料及難加工材料可焊性及工藝優(yōu)化技術(shù)研究、武器裝備新結(jié)構(gòu)的激光束的新加工方法及關(guān)鍵工藝裝備研究、提高激光性能及加工過(guò)程控制和質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)的研究、激光全息技術(shù)用于焊縫質(zhì)量檢測(cè)的研究以及 航空結(jié)構(gòu)件激光焊接技術(shù)的研究等等。在過(guò)去幾十年時(shí)間里，為我國(guó)激光焊接技術(shù)發(fā)展作出了很大的貢獻(xiàn)，研究成果已成功地應(yīng)用在我國(guó)新型航空動(dòng)力裝置及結(jié)構(gòu)件的研制和生產(chǎn)中。

針對(duì)航空制造業(yè)的激光焊接技術(shù)，目前的研究主要集中于建立CO2激光和YAG激光焊接各種航空金屬材料的理論及應(yīng)用，通過(guò)基礎(chǔ)理論的建立，輔以大量的試驗(yàn)驗(yàn)證，激光焊接技術(shù)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于航空及武器裝備制造的諸多領(lǐng)域。下面簡(jiǎn)單介紹幾種激光焊接方法及其應(yīng)用：

1. 單激光焊接

按焊接熔池形成的機(jī)理區(qū)分，激光焊接可分為兩種：熱傳導(dǎo)焊接和激光深熔焊。這兩種方式最基本的區(qū)別在于：前者熔池表面保持封閉，而后者熔池則被激光束穿透成小孔。

（1）熱傳導(dǎo)焊接

當(dāng)功率密度約為105～ 106W/cm2的激光照射在材料表面時(shí)，一部分激光被反射，另一部分光能被材料吸收轉(zhuǎn)化為熱能使焊件表面熔化，材料表面層的熱以熱傳導(dǎo)的方式繼續(xù)向材料 深處傳遞，形成熔池，將兩焊件熔接在一起。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。圖1為利用激光熱導(dǎo)焊為飛機(jī)某零件進(jìn)行密封。

（2）激光深熔焊

當(dāng)功率密度比較大（約為106～107W/cm2）的激光束照射到材料表面時(shí)，材料吸收光能轉(zhuǎn)化為熱能，工件吸收激光后迅速熔化乃至氣化，熔化的金 屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內(nèi)的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng) 時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過(guò)小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。在航空制造領(lǐng)域，除了微薄零件或特殊要求之外，一般均使用深 熔焊。圖2是采用激光深熔焊焊接的某飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。

2. 激光-電弧混合/復(fù)合焊

隨著激光焊接技術(shù)在工業(yè)中的成熟應(yīng)用，激光焊接技術(shù)的不足之處也日漸顯露：設(shè)備投資、使用成本大，能量利用率低；對(duì)工件的焊接裝配精度要求高；對(duì)于 高反射率金屬難以實(shí)現(xiàn)激光焊接且容易對(duì)激光設(shè)備造成損壞；高焊接速度導(dǎo)致焊縫快速凝固，接頭中容易產(chǎn)生氣孔、咬邊缺陷，焊縫組織脆性，甚至焊接裂紋。

為避免單激光焊接出現(xiàn)的問(wèn)題，研究者提出了激光與電弧復(fù)合的焊接方法，其出發(fā)點(diǎn)是利用電弧焊接的低成本、適用范圍寬等特點(diǎn)輔助激光來(lái)進(jìn)行焊接。激光 －電弧復(fù)合主要是激光與PAW、TIG或MIG/MAG的復(fù)合。目前，主要研究了LASER-PAW和LASER-MIG兩種復(fù)合焊接方法：

（1）LASER-PAW復(fù)合焊接技術(shù)

等離子弧的引弧性和穩(wěn)弧性?xún)?yōu)于TIG焊，電極不易損耗，采用等離子弧與激光復(fù)合熱源（如圖3）進(jìn)行焊接是一種過(guò)程很穩(wěn)定的焊接技術(shù)，有利于保證焊接 質(zhì)量。不需要真空系統(tǒng)，可以在大氣條件下進(jìn)行大型中厚度零件的焊接；較高的焊接速度，降低了零件的焊接變形；焊接工藝裕度大，對(duì)于焊前零件的裝配間隙和焊 縫的對(duì)中要求可以大大降低，具有良好的實(shí)用性。圖4是LASER-PAW復(fù)合焊接飛機(jī)桶體結(jié)構(gòu)模擬件。

 

 

圖3  LASER-PAW復(fù)合焊接系統(tǒng)

 

圖4   LASER-PAW復(fù)合焊應(yīng)用實(shí)例

（2）LASER-MIG復(fù)合焊接技術(shù)

LASER-MIG復(fù)合焊接技術(shù)是激光電弧復(fù)合焊接提出以來(lái)，研究最多、最為廣泛的一種復(fù)合焊接方法（如圖5）。MIG焊接容易使用焊絲填充焊縫， 采用激光-電弧復(fù)合焊接的方法進(jìn)一步擴(kuò)大拼縫間隙裕度、減少或消除焊接后接口部位的凹陷，改善焊縫形貌；此外，通過(guò)選擇不同的焊絲，還可調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，改善力學(xué)性能。