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激光焊接激光器分类和工艺参数

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激光焊接激光器分类和工艺参数

发布日期:2018-07-19 11:06 来源:http://www.uglybootsshop.com 点击:

激光焊接激光器分类和工艺参数


用于焊接的主要有两种激光, 即CO2 激光和Nd:YAG激光。CO2 激光和Nd: YAG激光都是肉眼不可见红外光。Nd: YAG激光产生的光束主要是近红外光,波长为1. 06 Lm, 热导体对这种波长的光吸收率较高,对于大部分金属, 它的反射率为20% ~ 30%。只要使用标准的光镜就能使近红外波段的光束聚焦为直径0. 25 mm。CO2 激光的光束为远红外光, 波长为10. 6Lm, 大部分金属对这种光的反射率达到80% ~ 90%,需要特别的光镜把光束聚焦成直径为0. 75 - 0. 1mm。Nd: YAG激光功率一般能达到4 000~ 6 000W左右, 现在最大功率已达到10 000W。而CO2 激光功率却能轻易达到20 000W甚至更大。

大功率的CO2 激光通过小孔效应来解决高反射率的问题, 当光斑照射的材料表面熔化时形成小孔, 这个充满蒸气的小孔犹如一个黑体, 几乎全部吸收入射光线的能量, 孔腔内平衡温度达25 000 e 左右, 在几微秒的时间内, 反射率迅速下降。CO2 激光器的发展重点虽然仍集中于设备的开发研制, 但已不在于提高最大的输出功率, 而在于如何提高光束质量及其聚焦性能。另外, CO2 激光10 kW以上大功率焊接时, 若使用氩气保护气体, 常诱发很强的等离子体, 使熔深变浅。因此,CO2 激光大功率焊接时, 常使用不产生等离子体的氦气作为保护气体。

用于激发高功率Nd: YAG晶体的二极管激光组合的应用是一项重要的发展课题, 必将大大提高激光束的质量, 并形成更加有效的激光加工。采用直接二极管阵列激发输出波长在近红外区域的激光, 其平均功率已达1 kW, 光电转换效率接近50% 。二极管还具有更长的使用寿命( 10 000 h), 有利于降低激光设备的维护成本。二极管泵浦固体激光设备(DPSSL)的开发

激光焊接激光器分类和工艺参数

(1)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,在传导型激光焊接中,功率密度在范围在10^4~10^6W/CM^2。

(2)激光脉冲波形。 激光脉冲波形在激光焊接中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接更为重要。当高强度激光束射至材料表面,金属表面将会有60~98%的激光能量反射而损失掉,且反射率随表面温度变化。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。

(3)激光脉冲宽度。 脉宽是脉冲激光焊接的重要参数之一,它既是区别于材料去除和材料熔化的重要参数,也是决定加工设备造价及体积的关键参数。

(4)离焦量对焊接质量的影响。 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,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200us材料开始熔化,形成液相金属并出现部分汽化,形成高压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。

(5)焊接速度。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。


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