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  • 激光焊接原理與主要工藝參數(shù)

    作者:佚名 來源:本站整理 時間:2011-12-03 12:23 閱讀:3424 [投稿]
    1.激光焊接原理 激光焊接可以采用連續(xù)或脈沖激光束加以實現(xiàn),激光焊接的原理可分為熱傳導(dǎo)型焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2為熱傳導(dǎo)焊,此時熔深淺、焊接速度慢;功率密度大于105~107 W/cm2時
    2)光束焦斑。光束斑點(diǎn)大小是激光焊接的最重要變量之一,因為它決定功率密度。但對高功率激光來說,對它的測量是一個難題,盡管已經(jīng)有很多間接測量技術(shù)。
    光束焦點(diǎn)衍射極限光斑尺寸可以根據(jù)光衍射理論計算,但由于聚焦透鏡像差的存在,實際光斑要比計算值偏大。最簡單的實測方法是等溫度輪廓法,即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過測量實踐,掌握好激光功率大小和光束作用的時間。
    3)材料吸收值。材料對激光的吸收取決于材料的一些重要性能,如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等,其中最重要的是吸收率。
    影響材料對激光光束的吸收率的因素包括兩個方面:首先是材料的電阻系數(shù),經(jīng)過對材料拋光表面的吸收率測量發(fā)現(xiàn),材料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比,而電阻系數(shù)又隨溫度而變化;其次,材料的表面狀態(tài)(或者光潔度)對光束吸收率有較重要影響,從而對焊接效果產(chǎn)生明顯作用。
    CO2激光器的輸出波長通常為10.6μm,陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對它的吸收率在室溫就很高,而金屬材料在室溫時對它的吸收很差,直到材料一旦熔化乃至氣化,它的吸收才急劇增加。采用表面涂層或表面生成氧化膜的方法,提高材料對光束的吸收很有效。
    4)焊接速度。焊接速度對熔深影響較大,提高速度會使熔深變淺,但速度過低又會導(dǎo)致材料過度熔化、工件焊穿。所以,對一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一個合適的焊接速度范圍,并在其中相應(yīng)速度值時可獲得最大熔深。圖10-2給出了1018鋼焊接速度與熔深的關(guān)系。
    5)保護(hù)氣體。激光焊接過程常使用惰性氣體來保護(hù)熔池,當(dāng)某些材料焊接可不計較表面氧化時則也可不考慮保護(hù),但對大多數(shù)應(yīng)用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù),使工件在焊接過程中免受氧化。
    氦氣不易電離(電離能量較高),可讓激光順利通過,光束能量不受阻礙地直達(dá)工件表面。這是激光焊接時使用最有效的保護(hù)氣體,但價格比較貴。
    氬氣比較便宜,密度較大,所以保護(hù)效果較好。但它易受高溫金屬等離子體電離,結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件,減少了焊接的有效激光功率,也損害焊接速度與熔深。使用氬氣保護(hù)的焊件表面要比使用氦氣保護(hù)時來得光滑。
    氮?dú)庾鳛楸Wo(hù)氣體最便宜,但對某些類型不銹鋼焊接時并不適用,主要是由于冶金學(xué)方面問題,如吸收,有時會在搭接區(qū)產(chǎn)生氣孔。
    使用保護(hù)氣體的第二個作用是保護(hù)聚焦透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時,由于其噴出物變得非常有力,此時保護(hù)透鏡則更為必要。
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