2024年激光焊接實驗綜述

一、試驗?zāi)康暮图す馍钊酆附?。功率密度不不不大?0?~10?W/cm2為熱傳導(dǎo)焊，此時激光束激光束密度激光焊接金屬材料時的重要過程如圖2所示。化。當(dāng)功率密度在不不大于10W/cm2不不不大于10W/cm2數(shù)量級范圍內(nèi)時，金伴隨有金屬蒸汽電離形成光致等離子體的現(xiàn)象。當(dāng)功率密度不不大于10W/cm22.2激光焊接模式2.3激光束自聚焦過程2.4激光焊接的工藝參數(shù)激光焊的重要工藝參數(shù)包括脈沖能量、脈沖寬度(脈寬)、脈沖形狀、功率當(dāng)高強(qiáng)度激光束射至材料表面，金屬表面將會有60~98%的激光能量反射而脈寬是脈沖激光焊接的重要參數(shù)之一，它既是區(qū)別于材料清除和材料熔化的重要參數(shù)，也是決定加工設(shè)備造價及體積的關(guān)鍵參數(shù)。2.4.4離焦量激光焊接一般需要一定的離焦量，由于激光焦點處光斑中心的功率密度過高，輕易蒸發(fā)成孔。離開激光焦點的各平面上，功率密度分布相對均勻。離焦方接薄材料時，宜用正離焦。如圖5所示。材料對激光的吸取取決于材料的某些重要性能，如吸取率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸取率。影響材料對激光光束的吸取率的原因包括兩個方面：首先是材料的電阻系數(shù)，通過對材料拋光表面的吸取率測首先，材料的表面狀態(tài)(或者光潔度)對光束吸取率有較重要影響，從而對焊接效2.4.5.1波長對吸取率的影響金屬的吸取率A與激光波長λ和金屬的直流電阻率p存在如下關(guān)吸收率/%吸收率/%吸取率上升到40~50%;當(dāng)靠近沸點時吸取率可高達(dá)90%,激光功率越大、作用時2.4.6焊接速度2.4.7保護(hù)氣體表1常用氣體和金屬的原子(分子)量和電離能氦鐵原子(分子)量4電離能(eV)三、試驗設(shè)備和試驗材料3.1試驗設(shè)備及其參數(shù)Rofin⑧SlabDCO35——CO?激光器。配置六軸聯(lián)動激光三維加工系波長λ加工范圍波長λCO?激光器焊接：45#低碳鋼(6mm厚),6061鋁合金。四、試驗措施的金屬材料(低碳鋼，鋁合金)在不同樣功率下對焊接過程實現(xiàn)想象及成果。試將功率從500W開始逐漸增長至3500W,共選用11個功率點進(jìn)行焊接。將試驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)記入表2,激光功率/功率密度與熔深、熔寬的關(guān)系見圖7、8。功率點進(jìn)行焊接。將試驗現(xiàn)象及數(shù)據(jù)記入表3,激光功率/功率密度與熔深、熔4.2.2YAG激光器316L不銹鋼焊接試驗A、316L不銹鋼焊接表4,激光功率/功率密度與熔深、熔寬的關(guān)系見圖11、12。割，并選用3~4個截面進(jìn)行細(xì)致研磨，將磨好后的試樣進(jìn)行腐蝕，其中45#低進(jìn)行測量，將各組試驗數(shù)據(jù)記錄并整頓記入表2、3、4。五、試驗成果及分析下的格子數(shù)，為n測量點的數(shù)目。功率，r為光斑半徑。運用exce1繪出各焊接條件下熔深、熔寬與激光功率(功率密度)之間的關(guān)系曲線(以激光器的功率(功率密度)為橫坐標(biāo)，試樣的熔深和熔寬的長度為縱坐標(biāo)),通過觀測曲線中熔深和熔寬的變化，確定閾值范圍，進(jìn)而進(jìn)行試驗分析。5.1CO?激光器焊接試驗45#低碳鋼鋼焊接試驗現(xiàn)象，成果及分析：編號功率(W)功率密度熔深(mm)1微弱黃光，無飛濺23先黃光，后藍(lán)白4開始增多50增多6先藍(lán)白光，后白光，飛濺增多70先藍(lán)白光，后白183始減少19白光，飛濺減少強(qiáng)烈白光，飛強(qiáng)烈白光，產(chǎn)生氣團(tuán)5CO2激光器焊接45#不銹鋼從表2中及圖7、8中可以看出在保護(hù)氣體為He,焊接速度保持在2m/min取激光能量只引起材料表層溫度的升高及表層發(fā)生熔化。功率密度抵達(dá)700W編號功率密度熔寬/mm1小，無飛濺002小，無飛濺0304先黃光，后綠05黃光、綠光間雜出現(xiàn)，無飛濺06黃光、綠光間雜出現(xiàn)，開始07出現(xiàn)綠光，飛濺較多08出現(xiàn)綠光，后消失，飛濺逐漸增多9出現(xiàn)綠光，后消失，飛濺逐漸增多瞬間綠光，后增多變強(qiáng)，飛濺增多變強(qiáng)，飛濺增多強(qiáng)有火花，飛濺增多在對鋁合金6061的焊接中，由表3,圖9、10知，激光功率在1000W～2200W的七個焊接點時，熔深熔寬較小，表面僅有細(xì)微變化，在激光功率為2200～2400W、功率密度為3.575×10W/cm2~3.900×10°W/cm2時，熔深、熔寬有了大幅度提高(突變),可見閾值范圍在3.900×10?W/cm2附近，即閾值之前為熱導(dǎo)焊、閾值之后為深熔焊。在激光功率為2200W~3500W、功率密度為3.575×10?W/cm2~5.687×10?W/cm2時，熔深熔寬的深度及寬度增長，即在5.2YAG激光器316L不銹鋼焊接試驗45#低碳鋼鋼焊接編號功率(W)熔寬(mm)1黃色亮點21亮點漸漸變亮3亮點變亮4亮點變亮5亮點變亮6亮點變亮47亮點變亮8亮點變亮9亮點變亮亮點變亮亮點變亮亮點變亮圖11熔深，熔寬與功率的關(guān)系曲線萬在試驗過程中可以觀測到：伴隨激光功率的增長，光線逐漸變亮，伴隨煙塵，藍(lán)光的產(chǎn)生，并且聲音逐漸增大。但焊接的整個過程中均無飛濺的產(chǎn)生。從表4,圖11中我們可以看出，功率在增長過程中，焊接的熔深、熔寬均隨之增長。如圖11、12所示，當(dāng)激光加工功率在1300W~1400W(功率密度為0.460×10°W在此之前的都比較小，因此我們推算功率的閾值約1300W~1400W中間值1350W左右，功率密度閾值約為0.478×10W/cm2左右。即在臨界點之前可認(rèn)為焊接類型為熱導(dǎo)焊，之后為深熔焊。編號激光功率(W)123456781、在任何一種焊接方式下，伴隨激光功率(功率密度)的增長(其他各條件保持不變),焊縫的熔深與熔寬都隨之增大，即焊縫的尺寸與功率成正有關(guān)。其鋁合金比45#低碳鋼更輕易產(chǎn)生等離子體屏蔽的現(xiàn)象。此相似功率時前者的功率密度較大，因此C一、試驗?zāi)康?、掌握基于空心探針測量原理的PROMETEC企業(yè)的LASERSCOPE徑約為20~50μm。在選擇探針材料時要考慮到抗高功率的激光損傷，此外，圖13大功率激光器光