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常用的激光焊接工艺参数解析

2013-10-06 00:10
木中君
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  ——激光焊接因具有高能量密度、深穿透、高精度、适应性强等优点而受到航空航天、机械、电子、汽车、造船和核能工程等领域的普遍重视。尤其在汽车生产中,无论是车身组装还是汽车零部件的生产,激光焊接都得到了广泛的应用。据有关资料统计,欧美工业发达国家50% ~70%的汽车零部件都是用激光加工完成的,其中主要以激光焊接和切割为主,激光焊接在汽车生产中已成为标准工艺。

  影响激光焊接质量的工艺参数比较多,如功率密度、光束特性、离焦量、焊接速度、激光脉冲波形和辅助吹气等。

  功率密度

  功率密度是激光焊接中最关键的参数之一。

  采用较高的功率密度,在几秒或几微秒时间内,可迅速将金属加热至熔点,形成良好的熔融焊接。激光光束的聚焦光斑直径与激光器输出光束的模式密切相关,模式越低,聚焦后的光点越小,焊缝越窄,热影响区越小。Nd: YAG固体激光器的光束模式为TEM00。

  激光脉冲波形

  激光脉冲波形在激光焊接中十分重要( 尤其是对薄片焊接) 。当高强度激光束射至材料表面时,金属表面将会有60% ~90%的激光能量因反射而损失掉,且反射率随表面温度不同而改变。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大,例如正弦波,适用于散热快的工件,飞溅小但熔深浅;方波适用于散热慢的工件,飞溅大但熔深大。通过快速渐升、渐降功率的调整(见图1) ,可使焊件避免激光功率开关瞬间突开、突闭造成的焊缝起始气孔和收尾弧坑裂纹缺陷。

激光脉冲波形

  离焦量

  离焦量是指工件表面偏离焦平面的距离。离焦位置直接影响拼焊时的小孔效应。离焦方式有两种:正离焦和负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。当正负离焦量相等时,所对应平面的功率密度近似相同,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50~200μs时材料开始熔化,形成液相金属并出现部分汽化,形成高压蒸气,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度气体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。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、气化,使光能向材料更深处传递。所以实际应用中熔深较大时,应采用负离焦,焊接薄材料时宜采用正离焦。

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