重慶唐世全老人攻克鋼桶滲漏課題——激光焊接

辛巧娟

裝有危險液體的鋼桶底常常發生滲漏，怎樣才能根本解決？重慶南岸區63歲的唐世全，退休3年后潛心研究出“激光焊接機”，有效地解決了中國包裝行業這一高難課題。重慶發明協會副秘書長譚剛強表示，唐的發明技術在國際上都屬于領先的，解決了國內包裝行業上鋼桶滲漏等課題，在市場上反響很強烈。

唐世全是帶著遺憾從包裝行業退休的，退休時，鋼桶底部滲漏的問題多年沒有得到解決。退休后，經過3年的摸索，唐世全逐漸攻克了這一難題。現在，“激光焊接機”不但能使密封度達到零滲漏，而且適用于金屬以及非金屬等各種材質。同時，耗電也將減少。目前，他已經申請相關專利，并得到了財政部和中國包裝協會的關注。

據唐世全表示，為了發明激光焊接機，他吃飯時經常“發愣”，走路、吃飯、睡覺都在思考，有時晚上有了好的思路，半夜就要起床把其記下來，3年下來，不但用光了10多萬元的積蓄，而且前年膽囊炎和食道炎發作，導致4個月時間只能吃流質的東西。（辛巧娟供稿）

【相關資料】

激光焊接工藝簡介

一、激光焊接概述

激光焊接是激光材料加工技術應用的重要方面之一，主要分為脈沖激光焊接和連續激光焊接兩種。

脈沖激光主要用于1mm厚度以內薄壁金屬材料的點焊和縫焊，其焊接過程屬于熱傳導型，即激光輻射加熱工件表面，再通過熱傳導向材料內部擴散，通過控制激光脈沖的波形，寬度，峰值功率和重復頻率等參數，使工件之間形成良好的連接。在3C產品外殼、鋰電池、電子元器件、模具補焊等行業有著大量的應用。脈沖激光焊接最大的優點是工件整體溫升很小，熱影響范圍小，工件變形小。

連續激光焊接大部分都是高功率激光器，功率在500瓦以上，一般1mm以上的板材都應該使用這種激光器。其焊接機理是基于小孔效應的深熔焊，深寬比大，可達到5?1以上，焊接速度快，熱變形小。在機械、汽車、船舶等行業有著廣泛的應用。還有一部分小功率連續激光器，功率在幾十到幾百瓦之間，它們在塑料焊接及激光釬焊這些行業使用得比較多。

二、激光器工作原理

1、YAG激光器的工作原理：

激光電源首先把脈沖氙燈點著，通過激光電源對氙燈脈沖放電，形成一定頻率，一定脈寬的光波，該光波經過聚光腔輻射到Nd3+YAG激光晶體上，激發Nd3+YAG激光晶體發光，再經過激光諧振腔諧振之后，發出波長為1064nm脈沖激光，該脈沖激光經過擴束、反射、（或經光纖傳輸）聚焦后打在所要焊接的物體上；在PLC或工業PC機的控制下，移動數控工作臺，從而完成焊接。焊接時所需要的脈沖激光的頻率、脈寬、波形、工作臺速度、移動方向均可用單片機、PLC或工業PC機來控制，通過對激光的頻率、脈寬的不同設定可調節控制脈沖激光的能量。

2、光纖激光器的工作原理：

當泵浦光通過光纖中的稀土離子時，就會被稀土離子所吸收。這時吸收光子能量的稀土原子電子就會激勵到較高激射能級，從而實現離子數反轉，反轉后的離子數就會以輻射形式從高能級轉移到基態，并且釋放出能量，完成受激輻射。光纖激光器產生的激光通過光纖輸出，并與配套的工作臺配合，完成相應的焊接。光纖激光器分為脈沖光纖激光器和連續光纖激光器。其中，脈沖光纖激光器可通過激光的 峰值功率、頻率、脈寬的設定來調節激光脈沖單點能量；連續光纖激光器則通過設定平均激光功率來調節輸出激光功率。

3、半導體激光器的工作原理：

通過一定的激勵方式，在半導體物質的能帶（導帶與價帶）之間，或者半導體物質的能帶與雜質（受主或施主）能級之間，實現非平衡載流子的粒子數反轉，當處于粒子數反轉狀態的大量電子與空穴復合時，便產生受激發射作用。半導體激光器產生的激光也可通過光纖輸出進行焊接。

三、激光焊接特點

激光焊接是一種新型的焊接方式，激光焊接主要針對薄壁材料、精密零件的焊接，可實現點焊、對接焊、疊焊、密封焊等，其特點有：

1、具有高的深寬比，焊縫寬度小，熱影響區小，變形小，焊接速度快。

2、焊縫平整、美觀，焊后無需處理或只需簡單處理工序。 

3、焊縫質量高，無氣孔，可減少和優化母材雜質，組織焊后可細化，焊縫強度、韌性至少相當于甚至超過母材金屬。

4、可精確控制，聚焦光點小，可高精度定位，易實現自動化。可實現某些異種材料 間的焊接。

四、可焊接材料及行業應用

激光焊接可應用于鈦、鎳、錫、鋅、銅、 鋁、鉻、鈮、金、銀等多種金屬及其合金，及鋼、可伐合金等合金的同種材料間的焊接，也可應用于銅-鎳、鎳-鈦、銅-鈦、鈦-鉬、黃銅-銅、低碳鋼-銅等多種異種金屬間的焊接。

目前已廣泛應用于手機通訊、電子元件、眼鏡鐘表、首飾飾品、五金制品、精密器械、醫療器械、汽車配件、工藝禮品等行業。

五、激光焊接與傳統焊接方式的比較

六、激光焊接機類型

激光焊接機類型主要有：一體式激光焊接機和光纖輸出激光器配套焊接系統。光纖輸出激光器配套焊接系統是由標準激光器與更加貼近用戶使用需求的焊接工作臺（工作站或流水線）構成的系統，提高焊接質量和效率；光纖輸出激光器分為：光纖輸出脈沖YAG激光器、脈沖光纖激光器、連續光纖激光器、半導體激光器等。其中光纖輸出脈沖YAG激光器包含WF系列和PB系列。

七、各類型激光器區別

八、非光纖輸出脈沖YAG激光器和光纖輸出脈沖YAG激光器的區別

九、電流反饋控制和激光功率反饋控制的區別

十、能量分光、時間分光與高速分光(以三路分光為例）

高速分光：與傳統光閘不同，高速分光能以平均80Hz的頻率快速切換光路，效率大大提高。其在多工位焊接時，速度優勢明顯。不僅可大幅節省設備成本，更可有效減少設備占地空間，對應維護成本也可節約下來。