簡介
雷射焊接技術由光學震盪器及放在震盪器空穴兩端鏡間的介質所組成。介質受到激發至高能量狀態時，開始產生同相位光波且在兩端鏡間來回反射，形成光電的串結效應，將光波放大，並獲得足夠能量而開始發射出雷射。雷射亦可解釋成將電能、化學能、熱能、光能或核能等原始能源轉換成某些特定光頻（紫外光、可見光或紅外光的電磁輻射束的一種設備。轉換形態在某些固態、液態或氣態介質中很容易進行。當這些介質以原子或分子形態被激發，便產生相位幾乎相同且近乎單一波長的光束-----雷射。由於具同相位及單一波長，差異角均非常小，在被高度集中以提供焊接、切割及熱處理等功能前可傳送的距離相當長。
世界上的第一個雷射束於1960年利用閃光燈泡激發紅寶石晶粒所產生，因受限於晶體的熱容量，只能產生很短暫的脈衝光束且頻率很低。雖然瞬間脈衝峰值能量可高達10^6瓦，但仍屬於低能量輸出。使用釹（ND）為激發元素的釔鋁石榴石晶棒（Nd:YAG）可產生1---8KW的連續單一波長光束。YAG雷射，波長為1.06uM，可以通過柔性光纖連線到雷射加工頭，設備布局靈活，適用焊接厚度0.5-6mm。使用CO2為激發物的CO2雷射（波長10.6uM），輸出能量可達25KW，可做出2mm板厚單道全滲透焊接，工業界已廣泛用於金屬的加工上。
早期的雷射焊接研究實驗大多數是利用紅寶石脈衝雷射器，當時雖然能夠獲得較高的脈衝能量，但是這些雷射器的平均輸出功率相當低，這主要是由雷射器很低的工作效率和發光物質的受激性所決定的。雷射焊接主要使用CO2雷射器和YAG雷射器，YAG雷射器由於具有較高的平均功率，在它出現之後就成為雷射點焊和雷射縫焊的優選設備。雷射焊接與電子束焊接的顯著區別在於雷射輻射不能產生穿孔焊接方式。而實際上，當雷射脈衝能量密度達到10的6次方W/CM2時，就會在被焊接金屬材料焊接界面上形成焊孔，小孔的形成條件得到滿足，從而就可以利用雷射束進行深熔焊接。
在20世紀70年代以前，由於高功率連續波形雷射器尚未開發出來，所以研究重點集中在脈衝雷射焊接上。早期的雷射焊接研究實驗大多數是利用紅寶石脈衝雷射器。YAG雷射器的焊接過程是通過焊點搭接而進行的，直到1KW以上的連續功率波形雷射器誕生以後，具有真正意義的雷射縫焊才得以實現。
隨著千瓦級連續CO2雷射器焊接試驗的成功，雷射焊接技術在20世紀70年代初取得突破性進展。在大厚度不鏽鋼試件上進行CO2雷射焊接，形成了穿透熔深的焊縫，從而清楚的標明了小孔的形成，而且雷射焊接產生的深熔焊縫與電子束焊接相似。這些利用CO2雷射器進行金屬焊接的早期工作證明了高功率連續雷射焊接的巨大潛能。在航空工業以及其他許多套用中，雷射焊接能夠實現很多類型材料的連線，而且雷射焊接通常具有許多其他熔焊工藝無法比擬的優越性，尤其是雷射焊接能夠連線航空與汽車工業中比較難焊的薄板合金材料，如鋁合金等，並且構件的變形小，接頭質量高。雷射加工另一項具有吸引力的套用方面是利用了雷射能夠實現局部小範圍加熱特性，雷射所具有的這種熱點使其非常適合於印刷電路板一類的電子器件的焊接，雷射能在電子器件上非常小的區域內產生很高的平均溫度，而接頭以外的區域則基本不受影響。
屬於熔融焊接，以雷射束為能源，衝擊在焊件接頭上。雷射束可由平面光學元件（如鏡子）導引，隨後再以反射聚焦元件或鏡片將光束投射在焊縫上。雷射焊接屬非接觸式焊接，作業過程不需加壓，但需使用惰性氣體以防熔池氧化，填料金屬偶有使用。雷射焊可以與MIG焊組成雷射MIG複合焊，實現大熔深焊接，同時熱輸入量比MIG焊大為減小。特點
首先，雷射焊接可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區金相變化範圍小，且因熱傳導所導致的變形亦最低。不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬於接觸式焊接製程，機具的耗損及變形接可降至最低。雷射束易於聚焦、對準及受光學儀器所導引，可放置在離工件適當之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發揮。其次，工件可放置在封閉的空間（經抽真空或內部氣體環境在控制下）。雷射束可聚焦在很小的區域，可焊接小型且間隔相近的部件，可焊材質種類範圍大，亦可相互接合各種異質材料。另外，易於以自動化進行高速焊接，亦可以數位或電腦控制。焊接薄材或細徑線材時，不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。優勢
（1）可將入熱量降到最低的需要量，熱影響區金相變化範圍小，且因熱傳導所導致的變形亦最低。
（2）32mm板厚單道焊接的焊接工藝參數業經檢定合格，可降低厚板焊接所需的時間甚至可省掉填料金屬的使用。
（3）不需使用電極，沒有電極污染或受損的顧慮。且因不屬於接觸式焊接製程，機具的耗損及變形接可降至最低。
（4）雷射束易於聚焦、對準及受光學儀器所導引，可放置在離工件適當之距離，且可在工件周圍的機具或障礙間再導引，其他焊接法則因受到上述的空間限制而無法發揮。
（5）工件可放置在封閉的空間（經抽真空或內部氣體環境在控制下）。
（6）雷射束可聚焦在很小的區域，可焊接小型且間隔相近的部件，
（7）可焊材質種類範圍大，亦可相互接合各種異質材料。
（8）易於以自動化進行高速焊接，亦可以數位或電腦控制。
（9）焊接薄材或細徑線材時，不會像電弧焊接般易有回熔的困擾。
（10）不受磁場所影響（電弧焊接及電子束焊接則容易），能精確的對準焊件。
（11）可焊接不同物性（如不同電阻）的兩種金屬
（12）不需真空，亦不需做X射線防護。
（13）若以穿孔式焊接，焊道深一寬比可達10:1
（14）可以切換裝置將雷射束傳送至多個工作站。
工藝參數
| 厚度/mm | 焊速/(cm/s) | 縫寬/mm | 深寬比 | 功率/kw | |
| 對接焊縫 | |||||
| 321不鏽鋼（1Cr18Ni9Ti） | 0.13 | 3.81 | 0.45 | 全焊透 | 5 |
| 0.25 | 1.48 | 0.71 | 全焊透 | 5 | |
| 0.42 | 0.47 | 0.76 | 部分焊透 | 55 | |
| 17-7不鏽鋼（0Cr7Ni7A1） | 0.13 | 4.65 | 0.45 | 全焊透 | 5 |
| 302不鏽鋼（1Cr18Ni9） | 0.13 | 2.12 | 0.50 | 全焊透 | 5 |
| 0.20 | 1.27 | 0.50 | 全焊透 | 5 | |
| 0.25 | 0.42 | 1.00 | 全焊透 | 5 | |
| 6.35 | 2.14 | 0.80 | 7 | 3.5 | |
| 8.9 | 1.27 | 1.00 | 3 | 8 | |
| 12.7 | 0.42 | 1.00 | 5 | 20 | |
| 20.3 | 21.1 | 1.00 | 5 | 20 | |
| 6.35 | 8.47 | —— | 3.5 | 16 | |
| 因康鎳合金600 | 0.10 | 6.35 | 0.25 | 全焊透 | 5 |
| 0.25 | 1.69 | 0.45 | 全焊透 | 5 | |
| 鎳合金200 | 0.13 | 1.48 | 0.45 | 全焊透 | 5 |
| 蒙乃爾合金400 | 0.25 | 0.60 | 0.60 | 全焊透 | 5 |
| 工業純鈦 | 0.13 | 5.92 | 0.38 | 全焊透 | 5 |
| 0.25 | 2.12 | 0.55 | 全焊透 | 5 | |
| 低碳鋼 | 1.19 | 0.32 | —— | 0.63 | 0.65 |
| 搭接焊縫 | |||||
| 鍍錫鋼 | 0.30 | 0.85 | 0.76 | 全焊透 | 5 |
| 302不鏽鋼（1Cr18Ni9） | 0.40 | 7.45 | 0.76 | 部分焊透 | 5 |
| 0.76 | 1.27 | 0.60 | 部分焊透 | 5 | |
| 0.25 | 0.60 | 0.60 | 全焊透 | 5 | |
| 角縫焊 | |||||
| 321不鏽鋼（1Cr18Ni9Ti） | 0.25 | 0.85 | —— | —— | 5 |
| 端接焊縫 | |||||
| 321不鏽鋼（1Cr18Ni9Ti） | 0.13 | 3.60 | —— | —— | 5 |
| 0.25 | 1.06 | —— | —— | 5 | |
| 0.42 | 1.90 | —— | —— | 5 | |
| 17-7不鏽鋼（0Cr17Ni7A1） | 0.13 | 3.60 | —— | —— | 5 |
| 因康鎳合金600 | 0.10 | 1.06 | —— | —— | 5 |
| 0.25 | 0.60 | —— | —— | 5 | |
| 0.42 | 0.76 | —— | —— | 5 | |
| 鎳合金200 | 0.18 | 1.06 | —— | —— | 5 |
| 蒙乃爾合金400 | 0.25 | ||||
優缺點
雷射焊接技術（2）焊件需使用夾治具時，必須確保焊件的最終位置需與雷射束將衝擊的焊點對準。
（3）最大可焊厚度受到限制滲透厚度遠超過19mm的工件，生產線上不適合使用雷射焊接。
（4）高反射性及高導熱性材料如鋁、銅及其合金等，焊接性會受雷射所改變。
（5）當進行中能量至高能量的雷射束焊接時，需使用等離子控制器將熔池周圍的離子化氣體驅除，以確保焊道的再出現。
（6）能量轉換效率太低，通常低於10%。
（7）焊道快速凝固，可能有氣孔及脆化的顧慮。
（8）設備昂貴。
為了消除或減少雷射焊接的缺陷,更好地套用這一優秀的焊接方法,提出了一些用其它熱源與雷射進行複合焊接的工藝,主要有雷射與電弧、雷射與等離子弧、雷射與感應熱源複合焊接、雙雷射束焊接以及多光束雷射焊接等。此外還提出了各種輔助工藝措施，如雷射填絲焊（可細分為冷絲焊和熱絲焊）、外加磁場輔助增強雷射焊、保護氣控制熔池深度雷射焊、雷射輔助攪拌摩擦焊等。
(1)功率密度。功率密度是雷射加工中最關鍵的參數之一。採用較高的功率密度，在微秒時間範圍內，表層即可加熱至沸點，產生大量汽化。因此，高功率密度對於材料去除加工，如打孔、切割、雕刻有利。對於較低功率密度，表層溫度達到沸點需要經歷數毫秒，在表層汽化前，底層達到熔點，易形成良好的熔融焊接。因此，在傳導型雷射焊接中，功率密度在範圍在10^4~10^6W/CM^2。
(2)雷射脈衝波形。雷射脈衝波形在雷射焊接中是一個重要問題，尤其對於薄片焊接更為重要。當高強度雷射束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的雷射能量反射而損失掉，且反射率隨表面溫度變化。在一個雷射脈衝作用期間內，金屬反射率的變化很大。
(3)雷射脈衝寬度。脈寬是脈衝雷射焊接的重要參數之一，它既是區別於材料去除和材料熔化的重要參數，也是決定加工設備造價及體積的關鍵參數。
(4)離焦量對焊接質量的影響。雷射焊接通常需要一定的離做文章一，因為雷射焦點處光斑中心的功率密度過高，容易蒸發成孔。離開雷射焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方式有兩種：正離焦與負離焦。焦平面位於工件上方為正離焦，反之為負離焦。按幾何光學理論，當正負離焦平面與焊接平面距離相等時，所對應平面上功率密度近似相同，但實際上所獲得的熔池形狀不同。負離焦時，可獲得更大的熔深，這與熔池的形成過程有關。實驗表明，雷射加熱50~200us材料開始熔化，形成液相金屬並出現問分汽化，形成市壓蒸汽，並以極高的速度噴射，發出耀眼的白光。與此同時，高濃度汽體使液相金屬運動至熔池邊緣，在熔池中心形成凹陷。當負離焦時，材料內部功率密度比表面還高，易形成更強的熔化、汽化，使光能向材料更深處傳遞。所以在實際套用中，當要求熔深較大時，採用負離焦；焊接薄材料時，宜用正離焦。
套用
雷射焊接技術特別是在大眾汽車創造的42米無縫焊接技術，大大提高了車身整體性和穩定性之後，家電領頭企業海爾集團隆重推出首款採用雷射無縫焊接技術生產的洗衣機，該家電為人民珍視了科技的進步，先進的雷射技術可以為人民的生活帶來巨大的改變。隨著洗衣機全球品牌地位的不斷鞏固，其對行業的引領開始全面展現，然而有雷射焊接機技術的支持，也將對家電行業有一個更深的改革。據海爾研發人員介紹，市場上的全自動洗衣機內桶的製造技術大多採用“扣搭”技術，內桶的銜接處會存在縫隙或不平整，導致桶體強度不高、對衣物產生不必要磨損。為了進一步提高內桶的可靠性和精細化，海爾洗衣機以汽車、造船行業為參照母本，將雷射無縫焊接技術套用在勻動力洗衣機新品上，避免了內桶縫隙和不平整的產生，在全面提高了產品的可靠性的同時更加呵護衣物。由於內桶的強度的提高，勻動力洗衣機脫水過程中最高轉速比普通全自動洗衣機也提高了25%，脫水效率大幅提升，並且耗電少、用時省。
此外，還了解到，中德造船業合作研發的“高功率雷射焊接機技術”，保證了輪船的安全性，進一步加強了船身結構；在航空領域，雷射無縫焊接技術也已廣泛套用于飛機發動機的製造上，同時，鋁合金機身的雷射無縫焊接技術可以取代鉚釘，從而減輕了20%的機身重量；我國的高鐵軌道也引進了雷射無縫焊接技術，在提高安全性能同時，也大大降低了噪音，為旅客帶來安靜舒心的乘車環境。
隨著科技的全面發展，雷射焊接機技術的不斷鞏固與套用，也帶領全球的家電產業步入了一個新時代，新的工藝不僅是產品的升級，也是更多科技的展示和套用。
1、製造業套用 雷射拼焊(TailoredBlandLaserWelding)技術在國外轎車製造中得到廣泛的套用，據統計，2000年全球範圍內剪裁坯板雷射拼焊生產線超過100條，年產轎車構件拼焊坯板7000萬件，並繼續以較高速度增長。國內生產的引進車型Passat，Buick，Audi等也採用了一些剪裁坯板結構。日本以CO2雷射焊代替了閃光對焊進行制鋼業軋鋼卷材的連線，在超薄板焊接的研究，如板厚100微米以下的箔片，無法熔焊，但通過有特殊輸出功率波形的YAG雷射焊得以成功，顯示了雷射焊的廣闊前途。日本還在世界上首次成功開發了將YAG雷射焊用於核反應堆中蒸氣發生器細管的維修等，在國內蘇寶蓉等還進行了齒輪的雷射焊接技術。
2、粉末冶金領域 隨著科學技術的不斷發展，許多工業技術上對材料特殊要求，套用冶鑄方法製造的材料已不能滿足需要。由於粉末冶金材料具有特殊的性能和製造優點，在某些領域如汽車、飛機、工具刃具製造業中正在取代傳統的冶鑄材料，隨著粉末冶金材料的日益發展，它與其它零件的連線問題顯得日益突出，使粉末冶金材料的套用受到限制。在八十年代初期，雷射焊以其獨特的優點進入粉末冶金材料加工領域，為粉末冶金材料的套用開闢了新的前景，如採用粉末冶金材料連線中常用的釺焊的方法焊接金剛石，由於結合強度低，熱影響區寬特別是不能適應高溫及強度要求高而引起釺料熔化脫落，採用雷射焊接可以提高焊接強度以及耐高溫性能。
3、汽車工業 20世紀80年代後期，千瓦級雷射成功套用於工業生產，而今雷射焊接生產線已大規模出現在汽車製造業，成為汽車製造業突出的成就之一。德國奧迪、賓士、大眾、瑞典的沃爾沃等歐洲的汽車製造廠早在20世紀80年代就率先採用雷射焊接車頂、車身、側框等鈑金焊接，90年代美國通用、福特和克萊斯勒公司竟相將雷射焊接引入汽車製造，儘管起步較晚，但發展很快。義大利菲亞特在大多數鋼板組件的焊接裝配中採用了雷射焊接，日本的日產、本田和豐田汽車公司在製造車身覆蓋件中都使用了雷射焊接和切割工藝，高強鋼雷射焊接裝配件因其性能優良在汽車車身製造中使用得越來越多，根據美國金屬市場統計，至2002年底，雷射焊接鋼結構的消耗將達到70000t比1998年增加3倍。根據汽車工業批量大、自動化程度高的特點，雷射焊接設備向大功率、多路式方向發展。在工藝方面美國Sandia國家實驗室與PrattWitney聯合進行在雷射焊接過程中添加粉末金屬和金屬絲的研究，德國不萊梅套用光束技術研究所在使用雷射焊接鋁合金車身骨架方面進行了大量的研究，認為在焊縫中添加填充余屬有助於消除熱裂紋，提高焊接速度，解決公差問題，開發的生產線已在賓士公司的工廠投入生產。
4、電子工業 雷射焊接在電子工業中，特別是微電子工業中得到了廣泛的套用。由於雷射焊接熱影響區小加熱集中迅速、熱應力低，因而正在積體電路和半導體器件殼體的封裝中，顯示出獨特的優越性，在真空器件研製中，雷射焊接也得到了套用，如鉬聚焦極與不鏽鋼支持環、快熱陰極燈絲組件等。感測器或溫控器中的彈性薄壁波紋片其厚度在0.05-0.1mm，採用傳統焊接方法難以解決，TIG焊容易焊穿，等離子穩定性差，影響因素多而採用雷射焊接效果很好，得到廣泛的套用。
5、生物醫學 生物組織的雷射焊接始於20世紀70年代，Klink等及jain[13]用雷射焊接輸卵管和血管的成功焊接及顯示出來的優越性，使更多研究者嘗試焊接各種生物組織，並推廣到其他組織的焊接。有關雷射焊接神經方面國內外的研究主要集中在雷射波長、劑量及其對功能恢復以及雷射焊料的選擇等方面的研究，劉銅軍進行了雷射焊接小血管及皮膚等基礎研究的基礎上又對大白鼠膽總管進行了焊接研究。雷射焊接方法與傳統的縫合方法比較，雷射焊接具有吻合速度快，癒合過程中沒有異物反應，保持焊接部位的機械性質，被修復組織按其原生物力學性狀生長等優點將在以後的生物醫學中得到更廣泛的套用。
6、其他領域 在其他行業中，雷射焊接也逐漸增加特別是在特種材料焊接中國內進行了許多研究，如對BT20鈦合金、HEl30合金、Li-ion電池等雷射焊接，德國玻璃機械製造商GlamacoCoswig公司與IFW接合技術與材料實驗研究院合作開發出了一種用於平板玻璃的雷射焊接新技術。
發展現狀
國外雷射技術以及製造業較為發達，他們早在上世紀八十年代就已經開始研究如何將現代雷射技術套用在傳統製造業中。歐盟、美國等西方國家和亞洲的日本藉助於自身發達的科學技術實力以及良好的製造業基礎，在政府合理的引導以及財政支持下，雷射焊接技術發展非常快速，特別是進入新世紀以後，已經在許多的製造業和其他行業中能夠看到雷射焊接結束的套用，包括電子工業、造船工業、汽車工業等等，都能夠看到現代雷射焊接技術的套用。並且已經初步形成了焊接技術的行業標準，從而使得其能夠在一個合理可控的範圍內得到套用。與此同時，為了進一步提升焊接效率，使得雷射焊接技術能夠更好地套用於現代大型生產，特別是大型製造業以及建築業，西方已開發國家近年來在積極研究如何提升雷射焊接的效率，通過大功率雷射器的研究，進一步推動和實現大功率雷射焊接技術的實現，由此真正將其套用到大型製造業、建築業甚至是軍事領域，進行潛艇以及軍艦的製造。
目前，雷射焊接技術研究在國內走在前列的當屬哈爾濱焊接研究所。近年來，其除了進一步拓寬和研發新的雷射焊接種類以及設備之外，也在積極模仿以及參照國外研究的最新動向，不斷尋求大功率雷射焊接技術的突破與發展。而最新的研究成果顯示，他們成功克服了國內大型構件的焊接難題，這無疑標誌著我國在雷射焊接技術領域的重大突破，也為未來大型工程重大套用奠定了基礎。除此之外，目前國內的雷射焊接技術研究還集中在雷射熱絲焊、異種金屬焊等領域，他們都是現代雷射焊接技術研究的最新課題。而國外在相關研究領域已經取得了突破，特別是德國已經初步掌握了異種金屬焊的技巧和方式，而未來我國要想真正熟練的套用以及掌握雷射焊接技術，將其套用到更多的領域以及行業內，無疑就必須要攻破上述課題，要進一步完善以及最佳化雷射焊接技術。
前景
雷射焊接作為現代科技與傳統技術的結合體，其相對於傳統焊接技術而言，尤其獨特之處並且本身的套用領域以及套用層面更加廣泛，可以極大的提升焊接的效率和精度。其功率密度高、能量釋放快，從而更好的提高了工作效率，同時其本身的聚焦點更小，無疑使得縫合的材料之間的黏連度更好，不會造成材料的損傷和變形。雷射焊接技術的出現，實現了傳統焊接技術所無法套用領域，其能夠簡單的實現不同材質、金屬與非金屬等多種焊接需求，並且因為雷射本身的穿透性和折射性，使得其能夠依據光速本身的運行軌跡，實現360度範圍內的隨意焦，而這無疑是傳統焊接技術發展下所無法想像的。除此之外，因為雷射焊接能夠在短時間內釋放大量熱量實現快速焊接，因而其對於環境要求更低，能夠在一般室溫條件下進行，而無需再在真空環境或是氣體保護狀態下。經過幾十年的發展，人們對於雷射技術的了解以及認知程度最高，其也從最初的軍事領域逐步擴展到現代民用領域，而雷射焊接技術的出現進一步拓展了雷射技術的套用範圍。未來雷射焊接技術不僅僅能夠用於汽車、鋼鐵、儀器製造等領域，其必然還可以在軍事、醫學等等更多的領域得到套用，特別是在醫學領域，藉助於其本身的高熱量、高融合、衛生等特點，更好的在神經醫學、生殖醫學等臨床診治中套用。而其本身的精度優勢也會在更多的精密儀器製造業中得到套用，從而不斷造福人類以及社會的發展。
