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激光焊接機常見工藝參數解讀

來源:www.adcinvent.com 作者:卓宏激光設備時間:2021-08-08 20:28 次瀏覽

信息摘要:

激光焊接是激光加工技術應用的一個重要方面,也是21世紀最引人注目和發展前景的焊接技術。相對于傳統的焊接,激光焊接有許多優點,焊接質量更高,效率更高。近年來,激光焊接...

    激光焊接是激光加工技術應用的一個重要方面,也是21世紀最引人注目和發展前景的焊接技術。相對于傳統的焊接,激光焊接有許多優點,焊接質量更高,效率更高。近年來,激光焊接技術在制造業、粉末冶金、汽車、電子、生物醫學等領域得到了廣泛的應用。

    激光器焊接原理

    激光焊接屬于熔融焊,采用激光束作為焊接熱源,其焊接原理是:通過特定的方法激發活性介質,使其在腔體內來回震蕩,然后轉換為受激輻射光束,當光束與工件互相接觸時,其能量就被工件吸收,當溫度高達材料的熔點時,就可以進行焊接。

    △激光焊接原理。

    根據熔池形成機理劃分,激光焊接具有兩種基本的焊接機理:熱傳導焊接和深熔(小孔)焊。焊接過程中產生的熱量通過熱傳導擴散到工件內,使焊縫表面熔化,基本無汽化現象,在低速薄壁件的焊接中經常使用。深熔焊接時,材料蒸發,形成了大量的等離子體,熔池前部出現小孔現象。深熔焊接可以徹底地焊透工件,且輸入能量大,焊接速度快,是目前應用最廣泛的激光焊接方式。
激光焊接機

    主要工藝參數的激光焊接。

    對激光焊接質量有影響的工藝參數有功率密度、脈沖波形、離焦量、焊接速度、輔助吹保護氣等。

    激光器的功率密度。

    在激光加工中,功率密度是一個非常重要的參數。使用更高的功率密度,在微秒范圍內,表面層可加熱至沸點,并產生大量汽化。所以,高功率密度對材料的去除加工,如打孔、切割、雕刻都非常有利。對低功率密度而言,達到沸點的表面溫度需要經歷幾毫秒,而在表層蒸發之前達到熔點,容易形成良好的熔融焊接。結果表明,在熱傳導激光焊接中,其功率密度范圍為104~106W/cm2。

    2激光脈沖波形。

    脈沖波形是區分材料去除和材料熔化的重要參數,同時也是確定加工設備體積和成本的關鍵參數。高強激光束射到材料表面后,材料表面會有60~90%的反射激光能量損失,尤其是金、銀、銅、鋁、鈦等材料反射強、熱傳導快。在激光脈沖信號過程中,金屬的反射率隨時間變化。隨著材料表面溫度的升高,反射率急劇下降,當表面在熔化狀態時,反射率穩定于一定的值。
激光焊接機2

    ▲不同材料激光焊接脈沖波形。

    激光器的脈沖寬度。

    脈沖激光焊接的一個重要參數是脈寬。熔深和熱影響分區決定脈寬,寬度越長熱影響區越大,熔深也就越大,而寬度則是1/2次方。但是,由于脈寬的增加會降低了峰值功率,所以增加脈寬通常用于導熱焊接,形成的焊縫尺寸較大,尤其適用于薄板、厚板的搭接。但較低的峰值功率會導致過多的熱輸入,每一種材料都有一個最佳的脈沖寬度,使熔深達到最大。

    四離焦

    由于光斑中心功率密度太大,激光焊接時往往需要一定的離焦量,容易蒸發成孔。在離焦平面處,能量密度分布比較均勻。

    有兩種方法離焦:

    正離焦和負離焦。焦面位于工件上的焦面呈正離焦距相反。按照幾何光學理論,當正離焦面和焊面距離相等時,相應平面上的功率密度基本相同,但實際得到的熔池形狀有一定的差別。負向焦化可以獲得較大的熔深,這與熔池的形成過程有關。

    5焊接速度。

    焊速決定著焊接表面質量、熔深、熱影響范圍等。焊速的加快會影響單位時間內的熱輸入量,焊接速度太慢,則會產生大量的熱能,導致焊接速度過快,造成焊接過程中熱輸入過少,造成工件焊不透。為了提高熔深,通常采用降低焊接速度的方法。

    6.輔助吹保護氣。

    在高功率激光焊接中,輔助吹氣是一項必不可少的工藝。為防止金屬材料濺射而污染聚焦鏡;另一方面,防止在焊接過程中產生的等離子體過度聚焦,阻止激光到達材料表面。在激光焊接過程中,通常采用氦氣、氬氣和氮氣來保護熔池,以防止工件的氧化。由于保護性氣體種類、風量、吹風角等因素對焊接結果有很大影響,不同的吹吹方式對焊接質量也有一定的影響。

    氦不容易被電離(電離能量較高),能讓激光順利穿過,而能量不受阻礙地直接到達工件表面。這種激光焊接時使用的最有效的保護氣體,但價格較貴。

    氬相對便宜,密度大,因此防護效果更好。但是它易受高溫等離子體電離,導致其部分光束射到工件上,降低了焊接的有效激光功率,使熔深和速度降低。與氦氣保護相比,使用氬氣保護的焊件表面來得平滑。

    氮是最便宜的保護氣體,但不適合于某些類型的不銹鋼焊接,這主要是因為冶金學方面的問題,例如吸收,有時在搭接區域形成氣孔。

    作為一種新的焊接技術,激光焊接技術具有能量密度高、速度快、精度高、深度穿透、適應性強等特點,其應用范圍越來越廣,不僅可以提高生產效率,也可以提高焊接質量,激光焊接技術必將在材料加工領域發揮更大的作用。

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