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淺談激光焊機深熔焊接工藝分析

淺談激光焊機深熔焊接工藝分析

作者:
天弘激光
來源:
天弘激光
發布時間:
2021/05/08
【摘要】:
深熔,稱作深度穿透焊接。常見于以高激光功率焊接較厚的材料。在深熔焊接中,激光聚焦在一起從而在工件上形成極高的功率密度。
深熔,稱作深度穿透焊接。常見于以高激光功率焊接較厚的材料。在深熔焊接中,激光聚焦在一起從而在工件上形成極高的功率密度。事實上,激光束聚焦的部位會使金屬氣化,令金屬熔池中出現一個盲孔(即深熔孔)。金屬蒸汽壓力會擋住周圍熔化的金屬,使盲孔在焊接過程中始終處于開口狀態。激光功率主要在蒸汽與熔體邊界和深熔孔壁處被熔體吸收。聚焦的激光束和深熔孔沿焊接軌跡持續移動。焊接材料在深熔孔前方熔化,并在后面重新凝固形成焊縫。對熔深有影響的因素主要有:激光功率、焊接速度、保護氣體、材料吸收值。
 
一、激光功率
激光焊接中存在一個激光能量密度閾值,低于此值,熔深很淺,一旦達到或超過此值,熔深會大幅度提高。只有當工件上的激光功率密度超過閾值,等離子體才會產生,這標志著穩定深熔焊的進行。如果激光功率低于此閾值,工件僅發生表面熔化,也即焊接以穩定熱傳導型進行。而當激光功率密度處于小孔形成的臨界條件附近時,深熔焊和傳導焊交替進行,成為不穩定焊接過程,導致熔深波動很大。激光深熔焊時,激光功率同時控制熔透深度和焊接速度。激光焊接機熔深直接與光束功率密度有關,且是入射光束功率和光束焦斑的函數。一般來說,對一定直徑的激光束,熔深隨著光束功率提高而增加。
 
二、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,并在其中相應速度值時可獲得最大熔深。光束焦點衍射極限光斑尺寸可以根據光衍射理論計算,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。
 
三、保護氣體
激光焊接機常使用惰性氣體來保護熔池,當某些材料焊接可不計較表面氧化時則也可不考慮保護,但對大多數應用場合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護,使工件在焊接過程中免受氧化。
 
四、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、熱導率、熔化溫度、蒸發溫度等,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,經過對材料拋光表面的吸收率測量發現,材料吸收率與電阻系數的平方根成正比,而電阻系數又隨溫度而變化;其次,材料的表面狀態(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。
 
以上便是激光焊機深熔焊接工藝分析,希望這篇文章對大家有所幫助。如果您對我的分享有不同的見解,歡迎多多指教!如果您對激光焊接機、激光切割機、激光切管機、激光打標機、激光熔覆機、激光淬火設備等有使用需求,歡迎您的來電咨詢!

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