高能束及特種激光焊接技術(shù)的發(fā)展
0 前言
高能束流焊接的功率密度(Power Density)可達(dá)到105W/cm?-2以上。
束流可由單一的電子、光子、電子和離子或二種以上的粒子組合而成。目前,用在焊接領(lǐng)域的高能束流主要是等離子弧、電子束和激光束。TI ..
尤其是對YAG激光,由于可用光纖傳輸,給加工帶來了極大的方便。瑞士LASAG公司的FLS 系列YAG固體激光機頗在這方面有代表性。其主要特點是:
⑴一機多用,一臺激光機同時具有焊接、切割、打孔和剝離(Laser Ablation)等功能。 ⑵采用一臺激光機可進(jìn)行多工位(可達(dá)6個)加工。既可進(jìn)行不同工位的分時加工,也可進(jìn)行幾個(多至6個)工位的同時加工(能量多工位分配)。 ⑶光纖長度(從激光加工機到工位的距離)最長可達(dá)60m 。 ⑷開放式的控制接口,可與CNC、PLC、PC等直接相連。 ⑸具有遠(yuǎn)距離診斷功能。 2.4 束流的復(fù)合 最主要的是激光 — 電弧復(fù)合(Laser Arc Hybrid)。復(fù)合加工時,激光產(chǎn)生的等離子體有利于電弧的穩(wěn)定;復(fù)合加工可提高加工效率;可提高焊接性差的材料諸如鋁合金、雙相鋼等的焊接性;可增加焊接的穩(wěn)定性和可靠性;通常,激光加絲焊是很敏感的,通過與電弧的復(fù)合,則變的容易而可靠。 激光 — 電弧復(fù)合主要是激光與TIG、Plasma以及GMA。通過激光與電弧的相互影響,可克服每一種方法自身的不足,進(jìn)而產(chǎn)生良好的復(fù)合效應(yīng)。 GMA (GAS Metal Arc)成本低,使用填絲,適用性強,缺點是熔深淺、焊速低、工件承受熱載荷大。激光焊可形成深而窄的焊縫,焊速高、熱輸入低,但投資高,對工件制備精度要求高,對鋁等材料的適應(yīng)性差。Laser-GMA的復(fù)合效應(yīng)表現(xiàn)在:電弧增加了對間隙的橋接性(Ability of gap bridging),其原因有二:一是填充焊絲,二是電弧加熱范圍較寬;電弧功率決定焊縫頂部寬度;激光產(chǎn)生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力,使電弧更穩(wěn)定;激光功率決定了焊縫的深度;更進(jìn)一步講,復(fù)合導(dǎo)致了效率增加以及焊接適應(yīng)性的增強。 激光 — 電弧復(fù)合在1970年就已提出,然而,穩(wěn)定的加工直至近幾年才出現(xiàn),這主要得益于激光技術(shù)以及弧焊設(shè)備的發(fā)展,尤其是激光功率和電流控制技術(shù)的提高。 激光電弧復(fù)合對焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應(yīng),一是較高的能量密度導(dǎo)致了較高的焊接速度,工件對流損失減小;二是兩熱源相互作用的疊加效應(yīng)。焊接鋼時,激光等離子體使電弧更穩(wěn)定,同時,電弧也進(jìn)入熔池小孔,減小了能量的損失;焊接鋁時,由于疊加效應(yīng)幾乎與激光波長無關(guān),其物理機制和特性尚待進(jìn)一步研究。 Laser-TIG Hybrid可顯著增加焊速,約為TIG焊接時的2倍;鎢極燒損也大大減小,壽命增加;坡口夾角亦減小焊縫面積與激光焊時相近。阿亨大學(xué)弗朗和費激光技術(shù)學(xué)院研制了—種激光雙弧復(fù)合焊接(HyDRA-Hybrid Welding With Double Rapid Arc),與激光單弧復(fù)合焊相比,焊接速度可增加約三分之一,線能量減小25% 。 英國Conventry大學(xué)現(xiàn)代連接中心(Centre f Advanced Joining)亦有Laser-plasma復(fù)合焊接的報導(dǎo)(PALW-Plasma Arc augmented Laser Welding)。其優(yōu)點是:提高焊接速度和熔深;由于電弧加熱,金屬溫度升高,降低了金屬對激光的反射率,增加了對光能的吸收。在小功率CO2激光試驗基礎(chǔ)上,還要在12000W CO2激光以及光纖傳輸?shù)?kW YAG激光器上進(jìn)行,并為機器人進(jìn)行PALW打基礎(chǔ)。 2.5 激光、工件與保護(hù)氣體相互作用的研究 |
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