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激光焊接常见工艺参数解读

文章出处:网站人气: 发表时间:2021-07-19 17:46:41

影响激光焊接质量的工艺参数较多,如功率密度、激光脉冲波形、离焦量、焊接速度和辅助吹保护气等。



1
激光功率密度

功率密度是激光加工中最关键的参数之一。采用较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻十分有利。对于较低功率密度,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。因此,在热传导型激光焊接中,功率密度范围在104-106W/cm2。

2
激光脉冲波形

激光脉冲波形既是区别材料去除还是材料熔化的重要参数,也是决定加工设备体积及造价的关键参数。当高强度激光束射至材料表面,材料表面将会有60~90%的激光能量反射而损失掉,尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。一个激光脉冲讯号过程中,金属的反射率随时间而变化。当材料表面温度升高到熔点时,反射率会迅速下降,当表面处于熔化状态时,反射稳定于某一值。


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3
激光脉冲宽度

脉宽是脉冲激光焊接的重要参数。脉宽由熔深与热影响分区确定,脉宽越长热影响区越大,熔深随脉宽的1/2 次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率,因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式,形成的焊缝尺寸宽而浅,尤其适合薄板和厚板的搭接焊。但是,较低的峰值功率会导致多余的热输入,每种材料都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。

4
离焦量

激光焊接通常需要一定的离焦量,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。

离焦方式有两种:

正离焦与负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离焦平面与焊接平面距离相等时,所对应平面上的功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状有一定差异。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。

5
焊接速度

焊接速度决定了焊接表面质量、熔深、热影响区等。焊接速度的快慢会影响单位时间内的热输入量,焊接速度过慢,则热输入量过大,导致工件烧穿,焊接速度过快,则热输入量过小,造成工件焊不透。通常采用降低焊接速度的方法来改善熔深。


6
辅助吹保护气

辅助吹保护气在高功率激光焊接中是必不可少的一道工序。一方面是为了防止金属材料溅射而污染聚焦镜;另一方面是为了防止焊接过程中产生的等离子体过多聚焦,阻挡激光到达材料表面。激光焊接过程常使用氦、氩、氮等气体保护熔池,使工件在焊接工程中免受氧化。保护气体种类和气流大小、吹气角度等因素对焊接结果有较大影响,不同的吹气方法也会对焊接质量产生一定的影响。

氦气不易电离(电离能量较高),可让激光顺利通过,光束能量不受阻碍地直达工件表面。这是激光焊接时使用最有效的保护气体,但价格比较贵。

氩气比较便宜,密度较大,所以保护效果较好。但它易受高温金属等离子体电离,结果屏蔽了部分光束射向工件,减少了焊接的有效激光功率,也损害焊接速度与熔深。使用氩气保护的焊件表面要比使用氦气保护时来得光滑。

氮气作为保护气体最便宜,但对某些类型不锈钢焊接时并不适用,主要是由于冶金学方面问题,如吸收,有时会在搭接区产生气孔。


激光焊接作为一种新型焊接技术,具有高能量密度、高速度、高精度、深穿透、适应性强等特点,其应用范围越来越广泛,不仅能提高生产效率,更提高了焊接质量,激光焊接技术必将在材料加工领域发挥更重要的作用。

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