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激光焊接加工原理

2022-12-14

激光焊接加工

1.激光焊接可经过接连或脉冲激光束完成。激光焊接的原理可分为热传导焊接和激光深熔焊接。功率密度小于104~105 W/cm2为热传导焊,熔深慢,焊接速度慢;功率密度大于105~107 W/cm2时,金属外表受热凹成孔,构成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。
热传导激光焊接原理为:激光辐射加热待加工外表,外表热量经过热传导向内扩散,经过操控激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率,熔化工件,构成特定的熔池。
激光焊轮焊接和冶金板焊接的激光焊机首要触及激光深熔焊接。以下是激光深熔焊接的原理。

激光深熔焊接一般选用接连激光束完成资料连接,其冶金物理工艺与电子束焊接十分相似,即能量转换机制经过小孔(Key-hole)结构完成。在足够高的功率密度激光下,资料蒸腾并构成小孔。这个充满蒸汽的小孔就像一个黑体,几乎吸收了所有的入射光束能量,孔腔内的平衡温度抵达2500 0C左右,热量从高温孔腔的外壁传递熔化孔腔周围的金属。孔内充满了光束照射下壁资料接连蒸腾发生的高温蒸汽,孔周围包围熔融金属,液体金属周围包围固体资料(在大多数传统焊接工艺和激光传导焊接中,能量首要沉积在工件外表,然后经过传输输送到内部)。孔壁外的液体活动和壁外表张力与孔腔内接连发生的蒸汽压力保持一致,并保持动态平衡。光束继续进入小孔,小孔外的资料继续活动。跟着光束的移动,小孔一直处于安稳的活动状况。也就是说,小孔和环绕孔壁的熔融金属跟着前导光束的前进速度向前移动,熔融金属填充小孔移除后留下的空隙,然后冷凝,构成焊缝。所有这些过程都发生得如此之快,使焊接速度很简单抵达每分钟几米。
2. 激光深熔焊接的首要工艺参数
1)激光功率。激光焊接中有一个激光能量密度阈值,低于此值,熔化深度十分浅。一旦抵达或超越此值,熔化深度将大大提高。只要当工件上的激光功率密度超越阈值(与资料有关)时,才会发生等离子体,这标志着安稳的深熔焊。如果激光功率低于此阈值,则工件只发生外表熔化,即焊接以安稳导热性。当激光功率密度挨近小孔构成的临界条件时,深熔焊和导电焊替换进行,成为一个不安稳的焊接过程,导致熔化深度动摇较大。激光深熔焊时,激光功率一起操控熔化深度和焊接速度。焊接的熔化深度与光束功率密度直接相关,是入射光束功率和光束焦点的函数。一般来说,跟着光束功率的增加,关于必定直径的激光束。

2)光束焦点。光束点的大小是激光焊接最重要的变量之一,由于它决定了功率密度。但关于高功率激光来说,虽然有许多间接丈量技能,但丈量它是一个难题。

光束焦点衍射极限光斑的尺度可以根据光衍射理论核算,但由于聚集镜像差的存在,实际光斑大于核算值。最简单的丈量办法是等温度轮廓法,即用厚纸烧焦并穿透聚丙烯板后丈量焦点和穿孔直径。该办法应经过丈量实践掌握激光功率和光束功能的时刻。
3)资料吸收值。资料对激光的吸收取决于吸收率、反射率、导热率、熔化温度、蒸腾温度等资料的一些重要性,其间最重要的是吸收率。

影响激光束资料吸收率的要素包括两个方面:一是资料的电阻系数,资料吸收率与电阻系数的平方根成正比,电阻系数随温度改变;其次,资料的外表状况(或光洁度)对光束吸收率有重要影响,对焊接作用有明显影响。

CO激光器的输出波长通常为10.6μm,陶瓷、玻璃、橡胶、塑料等非金属对它的吸收率在室温就很高,而金属资料在室温时对它的吸收很差,直到资料一旦熔化乃至气化,它的吸收才急剧增加。选用外表涂层或外表生成氧化膜的办法,提高资料对光束的吸收很有用。

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