激光焊接工藝參數(shù)與焊接方法

激光焊接工藝參數(shù)與焊接方法

工藝參數(shù)的選擇

 

(1)功率密度

功率密度是激光加工最關(guān)鍵的參數(shù)之一,圖5-1給出了兩種不同功率密度下,金屬表層溫度及底層溫度隨時間的變化曲線。采用較高的功率密度,在幾毫秒時間范圍內(nèi),表層可加熱至沸點,即有汽度

化發(fā)生。

 

因此,高功率密度對于材料去除加工,如打孔、雕刻,切割等有利。采用較低功率密度,表層溫度達(dá)到沸點需經(jīng)數(shù)毫秒,并在表層汽化前,底層溫度就到達(dá)熔點,易形成良好的熔融焊接。由此可見,在傳導(dǎo)型室溫

激光焊接中,功率密度的范圍為104-106W/cm2根據(jù)熱傳導(dǎo)方程分析,可求出在一定脈沖寬度
 

 

圖5-1不同功率密度下金屬表層溫度(r1)條件下,在材料的一定范圍內(nèi)達(dá)到某一溫度所需的功率密度。具有恒定強度的表面熱源作用下,表面達(dá)到材料熔點的功率密度I可用式(5-2)表示式中
a表示材料熱擴散率
Tm表示材料的熔點

Tv表示材料的沸點

K表示—材料的熱導(dǎo)率

例如對于銅,TV=2300℃,則I02=2.3×105W/cm2,式(5-3)可用于估算激光焊接中所需的功率密度,一些金屬材料的I01和I02值如表5-1所示
 

 

(2)脈沖波形及脈沖寬度

 

不同的激光脈沖波形,對焊接會產(chǎn)生不同的影響。采用有前端尖峰脈沖的波形,可使金屬表面溫度迅速上升達(dá)到熔點,降低了材料對激光的反射率,這種波形適用于高反射率金屬,如有色金屬(圖5-2中曲線1)。
 

 

 

對反射率比較低的金屬,如某些黑色金屬(圖5-2中曲線2),則要求激光波形比較平坦。對脈沖重復(fù)頻率較高的縫焊,采用前端尖峰脈沖會產(chǎn)生飛濺和孔洞,影響焊接質(zhì)量。因此對不同材料,不同狀態(tài)下選擇合適的激光波形尤為重要,圖5-2給出了到達(dá)沸點時,在一個激光脈沖周期內(nèi)金屬反射率R的變化曲線,由圖可知,脈沖開始時強度很高的激光束入射到金屬材料的表面,大部分的激光能量個光脈沖值號被反射,當(dāng)溫度逐漸上升到熔點時,反射率迅速下降(由a點到b點),隨著溫度的繼續(xù)升高反射率再次迅速下降(由b點到c點)脈沖寬度的設(shè)定取決于焊接所需熔化深度以及熱影響區(qū)等,一般來講,若需獲得的熔深越深,脈沖寬度應(yīng)越大。對于同一種金屬,達(dá)到同樣的熔深,脈沖寬度小,則需功率密度高,激光參數(shù)可焊接范圍窄、熱效率高:脈沖寬度大,所需功率密度低,激光參數(shù)可焊范圍大、熱效率低。表5-3列出了一些金屬材料的IozMAX值以及不同脈沖霓度作用下可達(dá)到的最大熔深。