脈沖激光焊接參數(shù)研究.pdf

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1、脈沖激光焊接參數(shù)研究曹明翠鄭啟光孫書華華中工學(xué)院激光研究所提要討論了脈沖激光微型焊接中,對(duì)于激光的脈沖形狀、激光脈沖寬度、激光通量密度等的選擇,并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。藝二“乞,該。。夕、。叼卿昆。,、吐,,義壇,。表面時(shí)激光被反射而損耗一部分被金屬一、激光波形表面吸收的熱通量密度應(yīng)為二,一一,。。一、,,、,一一廠勒擴(kuò)激光波形在脈沖激光微型焊接中是一個(gè)一,重要問題特別是對(duì)于厚度為毫米左右一一。纂的薄片焊接更為重要因?yàn)楫?dāng)激光入射到金,屬表面時(shí)金屬表面要將多的激光能其中為光斑中心在金屬表面上產(chǎn)生的熱量反射而損耗掉。為了減少這部分能量的損通量密度

2、,。一一幾。為金屬表面,,。耗有的采用在金屬表面涂一層對(duì)激光吸收的反射率它隨金屬表面溫度的升高而減少。率很強(qiáng)的粉末有的采用在高反射率金屬表大部分金屬在激光作用的初始時(shí)刻反射率為。。,面復(fù)蓋一層低反射率的金屬薄層根據(jù)我們外當(dāng)溫度升高到沸點(diǎn)時(shí)反射率就,。。的大量實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為采用適當(dāng)?shù)募す獠ㄐ谓档偷浇缱笥夜室彩菧囟鹊暮瘮?shù),是減少金屬表面反射損耗避免后期蒸發(fā)的假定光斑處被金屬吸收的熱通量密度是。,一種重要方法不變的在金屬表面光斑中心處溫度和熱通假定在工件上光斑的功率密度分布為高量密度的關(guān)系可對(duì)整個(gè)脈寬二積分〔」,得到斯函數(shù)丁汀。尹尸。。堵一子。

3、,,、,、,‘、、,一、,,二。一。環(huán)尸是金屬熱擴(kuò)散率為了使金屬表面在接近。不,熟甲了刀尤址甲心廷陰叨竿搜度一一甲,、乞沸點(diǎn)之內(nèi)傳遞能量激光參數(shù)之間必須滿足。砰為工件上的光斑半徑收。。激光作用于金屬稿日期年月日。下列關(guān)系隨脈寬成平方根關(guān)系減少圖為銅在常溫,,。,,〕。產(chǎn)尸,,下金屬表面維持于沸點(diǎn)之內(nèi)時(shí)熱通量密度月”。呀一幾廠一一一王矛一一。隨脈寬變化的曲線,考慮焊接時(shí)需要光斑能量分布較均勻,在一個(gè)脈沖激光作用時(shí)間內(nèi)金屬表面,,要求有適當(dāng)?shù)碾x焦量的特點(diǎn)在實(shí)際計(jì)算時(shí)的溫,度要從室溫升高到接近于沸點(diǎn)處子固。。。只考慮其平均熱通量密度萬在焊接中

4、。,態(tài)到液態(tài)的瞬時(shí)變化中從表可以看出,,對(duì)于脈寬稍短光斑稍大熱擴(kuò)散率稍低的金,當(dāng)金屬的溫度升高時(shí)金屬的比熱變化是不,屬若滿足下列條件,,大的而熱傳導(dǎo)率卻隨著溫度的升高而減少丁,,,簇特別是當(dāng)金屬?gòu)墓虘B(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)其熱傳。導(dǎo)率幾乎減少了一半根據(jù)公式“一萬可則高斯熱源的溫度分布模型與均勻熱源的溫,,知液態(tài)的熱擴(kuò)散率也幾乎為固態(tài)的一半左度分布模型基本一致故公式可按均勻熱。。右即公式勻中的金屬特性因子隨著焊源的溫度分布而簡(jiǎn)化為。。。二,、派,。點(diǎn)處金屬表面溫度的升高而降低由于。一萬警。一了萬尹衛(wèi)節(jié)了多勺刀,,仕少與是開方根關(guān)系所以當(dāng)金屬熔化時(shí)—

5、‘、從當(dāng)值幾乎減少到固態(tài)時(shí)的倍。因此在脈寬、、,,式中萬都決定于金屬特性和溫度選定后為了使金屬表面控制在沸點(diǎn)之內(nèi)熱,,,金屬和溫度確定后式右邊為常數(shù)通量密度不應(yīng)以恒定值輸入而應(yīng)以衰減波,。式可見單次脈沖激光焊接中熱通量密度形式輸入表面熔化后輸入的熱通量密度應(yīng)。為固態(tài)時(shí)輸入之值的倍左右,激光脈沖作用時(shí)間內(nèi)金屬反射率的變〔幻。,的只七化如圖所示其反射率是時(shí)間的函數(shù)故由公式可得翎丫米娜倒。名一才。才〔〕尸。才一。才一云〔〕圖中曲線和分別是銅和鋼在一個(gè)脈沖。激光作用時(shí)間內(nèi)相對(duì)反射率的變化激光開,,始作用的瞬間反射率很高當(dāng)焊點(diǎn)的溫度二。啟毫舀,上

6、升到熔點(diǎn)的一段時(shí)間內(nèi)反射率迅速下降。,圖金屬銅在室溫下熱通量密圖中段焊點(diǎn)處于熔化狀態(tài)反射率穩(wěn)定,度和脈寬的關(guān)系于某一值圖中段隨著熔化層加厚表一一,牢狙一一‘全一一一里止一一止蘭一一勢(shì)傳導(dǎo)率比熱熱傳導(dǎo)率比熱一一度一竺鄉(xiāng)二?竺衛(wèi)一燮蘭二衛(wèi)呈生二互竺上鋁錯(cuò)錫欽鋅銅些“·匕?！疤m‘夕‘‘名夕竺。,了吞“夕竺竺···’“,澎門‘,一····’“’’。忍藝?！??！ぁ疁！?·之〕···“一?！薄！恕Ｅ匙??！?“·“·“,‘呂。〔,仁少,‘呂。住夕、,。、、相欽之類反射率大約為外而金銀銅、鋁等反射率高達(dá)多以上。根據(jù)銅和鍬、、、、的初始時(shí)刻的絕

7、對(duì)反射率和圖可以粗略地、、計(jì)算出銅和鋼表面分別處在室溫熔點(diǎn)沸點(diǎn),。公常血叼布并時(shí)的絕對(duì)反射率見表再參照?qǐng)D就可以粗略地繪出銅和鋼使表面維持于沸點(diǎn)所需,。,要的激光波形見圖從圖中可見對(duì)激光、、、,具有高反射率的金屬如金銀銅鋁的焊接最好采用近似指數(shù)形式的衰減波而低反射一標(biāo)‘“了、、、,率的金屬如鋼鐵鎳欽等則采用一般衰減一。。止一波就可以了川微于七、口一表圖個(gè)激光脈沖訊號(hào)過程中金屬、二激光脈寬反射率隨時(shí)間的變化脈,寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一金屬表面在一個(gè)脈沖激光作用目前,時(shí)間內(nèi)絕對(duì)反射率的變化的資料對(duì)這一參數(shù)的估算大多是根據(jù)。、、一、度‘之

8、。。?所需要的熔深來確定的如在光斑和熔深比,。、“‘熔戶金、王確定的情況下估算所需要的最短脈寬或一。者用熱時(shí)間常數(shù)來估算脈寬根據(jù)我們的實(shí)土,腸,一理一?一竺?驗(yàn)研究和對(duì)國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)資料的分析認(rèn)為上一—述估算方