手持式激光焊的发展 天津大学材料学院 李昌兴

编者按：近年来手持式激光焊得到迅速发展，将可能对传统焊接工艺与方法产生较大影响。该文对手持式激光焊近年的发展动态进行了分析，以供读者了解。

手持式激光焊的发展

天津大学材料学院 李昌兴

近年来，手持式激光焊机的出现颠覆了以往激光焊接工作模式，手持式激光焊快速发展，使户外长距离，多位置激光焊接成为可能，满足激光焊接适应性要求。激光焊接主要利用激光器产生高能密度激光来熔化母材，形成深熔小孔，随着焊接不断进行，小孔不断向前推进。相比于焊条电弧焊、TIG和MIG等传统焊接方法，激光焊具有热输入小、加热集中、热影响区小、变形小和焊缝表面成形好等特点。

1.手持式激光器的应用现状

手持式激光焊主要由激光器系统、控制系统、冷却系统、焊枪及送丝机构等组成，按照输出能量方式不同可分为脉冲和连续激光焊接机，安装的激光器分为光纤、YAG、半导体激光焊接机；根据冷却方式不同可分为水冷和冷风焊接机，由此制造生产出多种多样手持式激光类型以满足不同的工作场合。

近几年，从事手持激光焊机研制生产和配套的企业呈爆发式增长，2022年达500家以上，整机年复合增长率超过100%。目前手持激光焊接设备性能越来越好，且价格也越来越便宜，手持式激光焊得到大面积推广，2023年就国内产量高达十万台左右。预计手持激光焊机将继续保持高速增长，融进各行各业，满足生活和生产需要。

在如今市场当中，手持激光焊机品牌主要有大族激光Hanslaser、华工科技HGTECH、联赢激光、AMADA米亚基、TRUMPF通快、楚天激光、奔腾激光PENTA LASER、海目星激光、天弘激光和逸飞激光等。这些企业生产的手持激光焊机几乎覆盖了汽车制造、能源电池、五金家电、消费电子和激光医疗等各行各业，彰显了手持激光焊机在制造领域的重要地位，符合我国科技创新和可持续发展战略。

以大族天成半导体F15-手持焊接激光机为例，其最高功率可达1500W。在焊接不填丝状态下，1500W焊接功率焊透3.0mm不锈钢板材时的焊接速度可达78cm/min，1200W焊接功率下，焊透1.5mm不锈钢板材时的焊接速度可达96cm/min，且焊缝成形好，没有明显缺欠。对所得接头进行力学性能测试，发现焊缝周围至母材硬度呈W形分布，热影响区硬度最小，母材硬度最大，拉伸试验断裂在母材位置，展示了手持式焊接激光机焊接效率高，成形良好，焊缝力学性能优良及操控简单等性能优点。

2.手持式激光焊的特点

手持式激光焊与传统手工电弧焊和MIG等相比，焊接速度更快，焊接热输入更小，加热更加集中，母材变形小，热影响区小，力学性能薄弱区域小，使得生产出来的产品性能更加优良，且操作简单，只需对工人做简单培训即可上岗。

手持式激光焊焊接位置也更加灵活，可以脱离工作台在户外长距离工作，摆脱了传统激光焊接的束缚。由于是手持焊枪，在焊接参数不同的情况下，工人可以凭借工作经验对焊接速度和角度进行把控，使焊缝成形良好。在焊接过程当中，可以手动填丝，匹配材料和性能的要求；也可以采用送丝机构自动送丝。对于平焊等位置，焊枪也可以添加可拆卸的行走控制机构使得焊接速度更均匀可控。

由于手持式激光焊接功率受到限制，目前最大功率在3000W左右，所以对焊接厚板仍存有局限。手持式激光焊对薄板装配要求精度高，一般在0.5mm以内，当装配间隙大于0.5mm时极容易焊漏，焊缝形成参差不齐的孔洞。手持式激光焊对焊接角度也有要求，因为是手拿焊枪所以角度不易控制，角度过大熔化剧烈；角度过小，熔化不充分，使得焊缝成形不均匀，在精密产品焊接时需要对工人进行培训。激光焊接过程中也会产成焊接烟尘和辐射，对人体造成危害。

手持激光器焊接优点明显，缺点可控，在不锈钢、碳钢、镀锌板和铝合金等金属薄板焊接领域具有广泛的应用前景，在市场得到大面积推广和发展。随着手持激光器小型化、便携化步伐的加快、手持激光器价格的持续降低，手持激光器市场需求量不断增加，保有量也越来越大，行业对手持激光焊接操作人员的需求和要求也越来越多。

3.行业标准的制定

手持激光焊虽然简单易操作，但在实现精密连接时仍对操作人员有着较高的要求和评定标准，目前国内外尚无与手持激光焊接操作人员相关的操作技能和操作安全标准。其次，激光器技术已经逐步成熟，生产制造企业为了满足市场需要，企业往往朝向大功率激光器研制和开发，但激光具有直射、反射和辐射等殊性性，安全风险比传统电弧焊和电阻焊更高，容易忽视安全性问题。因此，行业和市场也迫切需要有一个相应的标准对激光功率和能效加以控制。手持激光焊枪（焊接头）是手持激光焊机必备的末端出光工具，也是手持激光焊机的关键部品，国内外目前尚无相关的产品标准，在技术、产品和市场快速发展的同时，也需要制定手持激光器附属相关产品标准，以规范市场，引导行业健康发展。

为满足手持激光焊发展需要和进一步规范操作安全，相关机构开始制定相关操作技能和操作安全标准。

目前，由中国焊接协会焊接设备分会专家工作委员会与中国电器工业协会电焊机标准化专业委员会组织编制，中国焊接协会归口并与中国电器工业协会联合发布的《手持激光焊机》（T/CWAN 0064—2022\T/CEEIA 585—2022）团体标准已于2022年6月1日开始实施。在2023年10月17日，中国焊接协会焊接设备分会发布通知，宣布《手持激光焊机及其应用》一书正在由中国焊接协会焊接设备分会组织行业专家进行编写，拟于2024年4月由中国机械工业出版社出版发行。同时也说明了《手持激光焊机及其应用》一书配合了《手持激光焊机》（T/CWAN 0064—2022\T/CEEIA 585—2022）标准的宣贯和实施，总结手持激光焊机产业现状，介绍设备原理、技术现状和发展方向，帮助解决产品设计、制造、销售、购买和使用过程中的问题，也推动相关教育培训工作，促进手持激光焊接技术及安全应用，健康发展。

2023年12月12日，中国焊接协会焊接设备分会“手持激光焊枪（焊接头）通用技术条件”团体标准编制首次工作会议顺利召开。会议成立了标准编制领导小组和标准编制起草小组，对标准编制工作的组织、标准编制基本情况、标准初稿等内容进行了汇报和讨论，形成了标准编制的基础框架并加以补充。此次“手持激光焊枪（焊接头）通用技术条件”团体标准旨在规范和约定手持激光焊枪（焊接头）的组成、分类、主要性能参数、技术要求、检验方法、标志和包装储运等内容。

2023年12月19日，中国焊接协会焊接设备分会“手持激光焊机能效限定值及能效等级”团体标准编制首次工作会议召开。该标准旨在规范和约定额定输出功率不大于3000W手持激光焊机的能效限定值及能效等级，计划2024年发布实施，预计将成为国内外就手持激光焊机的能效限定值及能效等级制定的首个标准。

2024年3月29中国焊接协会焊接设备分会征集“手持激光焊接操作工职业标准”团体标准起草小组成员，目的在立足培育工匠精神和精益求精的敬业风气制定标准，以期规范从业者的从业行为，引导职业教育培训方向，为职业技能鉴定、职业评价提供依据，适应经济社会发展和科技进步的客观需要。