激光焊接分为脉冲激光焊接和连续激光焊接,在连续焊接中又可分为热传导焊接和深穿透焊接。
按焊接熔池形成的机理区分,激光焊接有两种基本模式:热导焊和深熔焊。热导焊所用激光功率密度较低(105~106W/cm2),工件吸收激光后,仅使表面熔化,然后依靠热传导向工件内部传递热量形成熔池。这种焊接模式熔深浅,深宽比较小。
深熔焊激光功率密度高(106~107W/cm2),工件吸收激光后迅速熔化乃至汽化,熔化的金属在蒸气压力作用下形成小孔,激光束可直照孔底,使小孔不断延伸,直至小孔内的蒸气压力与液体金属的表面张力和重力平衡为止。小孔随着激光束沿焊接方向移动时,小孔前方熔化的金属绕过小孔流向后方,凝固后形成焊缝。这种焊接模式熔深大,深宽比也大。在机械制造领域,除了那些微薄零件之外,一般应选用深熔焊。
激光焊接的工艺参数主要有如下几种:
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。对于较低功率密度的激光焊接,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,功率密度的范围在104~106W/cm2。(www.xing528.com)
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。当高强度激光束照射至材料表面,金属表面将会有60%~98%的激光能量反射而损失掉,巨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。
离焦方式有正离焦与负离焦两种。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材料开始熔化,形成液相金属并出现汽化,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,高浓度气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。
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