激光深熔焊的相關(guān)工藝技術(shù)

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1、激光深熔焊的相關(guān)工藝技術(shù)激光深熔焊接的主要工藝參數(shù)?1)激光功率。激光焊接中存在一個(gè)激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦達(dá)到或超過(guò)此值，熔深會(huì)大幅度提高。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超過(guò)閾值（與材料有關(guān)），等離子體才會(huì)產(chǎn)生，這標(biāo)志著穩(wěn)定深熔焊的進(jìn)行。如果激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生表面熔化，也即焊接以穩(wěn)定熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔形成的臨界條件附近時(shí)，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不穩(wěn)定焊接過(guò)程，導(dǎo)致熔深波動(dòng)很大。激光深熔焊時(shí)，激光功率同時(shí)控制熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是

2、入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)一定直徑的激光束，熔深隨著光束功率提高而增加。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?yàn)樗鼪Q定功率密度。但對(duì)高功率激光來(lái)說(shuō)，對(duì)它的測(cè)量是一個(gè)難題，盡管已經(jīng)有很多間接測(cè)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(jì)算，但由于聚焦透鏡像差的存在，實(shí)際光斑要比計(jì)算值偏大。最簡(jiǎn)單的實(shí)測(cè)方法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后測(cè)量焦斑和穿孔直徑。這種方法要通過(guò)測(cè)量實(shí)踐，掌握好激光功率大小和光束作用的時(shí)間。????????3)材料吸收值。材料對(duì)激光的吸收取決

3、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(duì)激光光束的吸收率的因素包括兩個(gè)方面：首先是材料的電阻系數(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)材料拋光表面的吸收率測(cè)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(duì)光束吸收率有較重要影響，從而對(duì)焊接效果產(chǎn)生明顯作用。?CO2激光器的輸出波長(zhǎng)通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對(duì)它的吸收率在室溫就很高，而金屬材料在室溫時(shí)對(duì)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

4、加。采用表面涂層或表面生成氧化膜的方法，提高材料對(duì)光束的吸收很有效。4)焊接速度。焊接速度對(duì)熔深影響較大，提高速度會(huì)使熔深變淺，但速度過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致材料過(guò)度熔化、工件焊穿。所以，對(duì)一定激光功率和一定厚度的某特定材料有一個(gè)合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時(shí)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(guò)程常使用惰性氣體來(lái)保護(hù)熔池，當(dāng)某些材料焊接可不計(jì)較表面氧化時(shí)則也可不考慮保護(hù)，但對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合則常使用氦、氬、氮等氣體作保護(hù)，使工件在焊接過(guò)程中免受氧化。?氦氣不易電離（電離

5、能量較高），可讓激光順利通過(guò)，光束能量不受阻礙地直達(dá)工件表面。這是激光焊接時(shí)使用最有效的保護(hù)氣體，但價(jià)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(shí)來(lái)得光滑。?氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體最便宜，但對(duì)某些類型不銹鋼焊接時(shí)并不適用，主要是由于冶金學(xué)方面問(wèn)題，如吸收，有時(shí)會(huì)在搭接區(qū)產(chǎn)生氣孔。?使用保護(hù)氣體的第二個(gè)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

6、接時(shí)，由于其噴出物變得非常有力，此時(shí)保護(hù)透鏡則更為必要。?保護(hù)氣體的第三個(gè)作用是對(duì)驅(qū)散高功率激光焊接產(chǎn)生的等離子屏蔽很有效。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的保護(hù)氣體也會(huì)因受熱而電離。如果等離子體存在過(guò)多，激光束在某種程度上被等離子體消耗。等離子體作為第二種能量存在于工作表面，使得熔深變淺、焊接熔池表面變寬。通過(guò)增加電子與離子和中性原子三體碰撞來(lái)增加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，碰撞頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的保護(hù)氣體，才不致因氣體本身的電離而增加電子密度

7、。從表可知，等離子體云尺寸與采用的保護(hù)氣體不同而變化，氦氣最小，氮?dú)獯沃?，使用氬氣時(shí)最大。等離子體尺寸越大，熔深則越淺。造成這種差別的原因首先由于氣體分子的電離程度不同，另外也由于保護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣擴(kuò)散差別。?氦氣電離最小，密度最小，它能很快地驅(qū)除從金屬熔池產(chǎn)生的上升的金屬蒸氣。所以用氦作保護(hù)氣體，可最大程度地抑制等離子體，從而增加熔深，提高焊接速度；由于質(zhì)輕而能逸出，不易造成氣孔。當(dāng)然，從我們實(shí)際焊接的效果看，用氬氣保護(hù)的效果還不錯(cuò)。?等離子云對(duì)熔深的影響在低焊接速度區(qū)最為明顯。當(dāng)焊接速度提高時(shí)，它的影響

8、就會(huì)減弱。?保護(hù)氣體是通過(guò)噴嘴口以一定的壓力射出到達(dá)工件表面的，噴嘴的流體力學(xué)形狀和出口的直徑大小十分重要。它必須以足夠大以驅(qū)使噴出的保護(hù)氣體覆蓋焊接表面，但為了有效保護(hù)透鏡，阻止金屬蒸氣污染或金屬飛濺損傷透鏡，噴口大小也要加以限制。流量也要加以控制，否則保護(hù)氣的層流變成紊流，大氣卷入熔池，最終形成氣孔。?為了提高保護(hù)效果，還可用附加的側(cè)向吹氣