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激光焊接时峰值功率能否持续使用

作者:激光焊接机来源:www.laserji.com日期:2013-11-04 10:20:13

    影响激光焊接效果的因数主要以峰值功率和脉冲宽度为参数,进过瞬态热分析,获得了各参数对熔池形状和温度的影响规律,基于正交试验设计,分析了各参数对熔池形状和温度的影响程度,并得出最优参数组合。结果表明:随着峰值功率和脉冲宽度的增加,熔宽、熔深、深宽比和熔池温度增加,当峰值功率为280 W,脉冲宽度大于或等于4 ms时,熔池温度超过材料沸点;峰值功率对熔池形状和温度的影响较脉冲宽度大,最优参数组合为峰值功率为240 W,脉冲宽度为5 ms。分析结果可为激光焊接304不锈钢工艺参数的选择提供理论依据和技术指导。

影响焊接效果的4大焊接参数介绍
(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。
激光焊接原理
 


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