激光焊接技术在金属零件中的应用

光束聚焦成直径零点几毫米的光斑。光斑处的功率密度足以在受控熔池中熔化金属。车间里常用两种模式。热导模式熔化表面，热量靠热传导向下传递，形成宽而浅、表面平滑的焊缝。深熔模式提高功率密度，在熔池中汽化出一条窄通道，光束把能量送入接头深处。

两者之间的选择取决于熔深和外观。热导模式适合箔材、电池极耳和外观焊缝，这类场合焊缝平滑比熔深更重要。深熔模式单道可达更深，适合结构支架、传感器壳体和管件接头。两者速度都快，热影响区都比电弧工艺窄。

如今量产以光纤激光器为主。1 kW 至 3 kW 的功率源可覆盖多数薄板作业，行走速度达每分钟数米。光斑尺寸、焦点位置、保护气和行走速度是操作员首先调整的四个参数。焦点位置偏差零点几毫米，焊缝要么浮在表面，要么直接烧穿。

激光焊接要求间隙以百分之几毫米计。两个剪切边之间的对接接头通常需要紧密贴合，否则光束从间隙穿过，无法连接两个零件。搭接接头对偏差容忍度更高，因为光束会熔入下层板材。搭接焊缝在起焊处留小间隙有助于气体逸出，减少气孔。

角接和 T 形接头常见于壳体和支架。光束可倾斜以熔化两侧壁板，但垂直壁板会把部分能量反射走。因此在反射性金属上，操作员常将焊头相对垂直方向倾斜 10° 至 15°。这也能防止飞溅进入光学元件。

异种厚度是常见情况，不是特例。0.5 mm 盖板焊在 3 mm 底座上，只要光束偏向厚的一侧、功率按薄件设定，就能焊好。偏置方向反过来，盖板会在底座达到熔化温度前汽化。

不可行的情况：间隙过大、氧化皮过厚，以及接头深藏在封闭腔体内。光束看不到焊缝，任何参数组合都无法解决。

• 1
  对接接头需紧密贴合，间隙约小于 0.1 mm
• 2
  搭接接头容忍度高，适合异种厚度
• 3
  角接或 T 形接头反射性金属上需倾斜焊头
• 4
  隐藏焊缝不要用激光焊接，改用其他工艺

不锈钢是最容易的一类。304、316L 和 17-4PH（SUS630）焊接熔深好，焊后清理少。奥氏体牌号在焊缝区保持韧性。420 和 440C 等马氏体牌号冷却时硬化，若接头承载，可能需要预热或焊后回火。

铝可以焊，但容忍度较低。室温下它反射很大一部分光束，导热快，表面氧化膜熔点远高于母材。通常的应对是提高功率、收紧焦点、焊前清除氧化膜。6061 和 5052 焊接良好；7075 易热裂，不适合。

铜和黄铜因反射率高需要更高功率，厚铜有时采用绿光或蓝光波长光源。钛焊接质量好，但两侧必须用氩气保护，因为它在约 400 °C 以上会吸收氧和氮而变脆。

镀层零件有其自身问题。锌和镍镀层在光束中汽化，可能在焊缝中留下气孔。把接头边缘的镀层加工掉，或先焊接后电镀，可避免大部分问题。

我们见到的大多数零件并非单独焊接。它们先机加工，再焊接，然后在接头处精加工或返修加工。原因很简单：焊接会使金属变形。焊后要求保持 ±0.005 mm 的焊缝通常需要一次清理切削，因为收缩会把两侧拉近百分之几毫米。

传感器壳体的常见流程是：先五轴加工壳体和盖板，沿周边激光焊接，然后对配合面轻切一刀并做泄漏测试。焊缝提供密封，最终切削提供平面度。

对原型而言，激光焊接让我们用更简单的机加工件拼装零件，而不必用长悬伸刀具切深腔。这通常缩短首件周期，降低刀具让刀风险。量产时，若批量足够，同一接头可能改用压铸或整体机加工设计。

我们在同一厂内具备这两类能力。车削、铣削、焊接和检测在同一工厂完成，接头公差由一个团队负责，而不是分散给两家供应商。