激光焊接機(jī)深熔焊接的主要工藝參數(shù)
2023-01-10來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)作者：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽：激光焊接機(jī)
激光焊接機(jī)深熔焊接的主要工藝參數(shù)
激光焊接機(jī)，又常稱為激光焊機(jī)、鐳射焊機(jī)，是資料加工激光焊接時(shí)用的機(jī)器。
?。?）激光功率。激光焊接中存在一個(gè)激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦到達(dá)或超越此值，熔深會(huì)大幅度進(jìn)步。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超越閾值（與資料有關(guān)），等離子體才會(huì)發(fā)生，這標(biāo)志著安穩(wěn)深熔焊的進(jìn)行。假如激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生外表熔化，也即焊接以安穩(wěn)熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔構(gòu)成的臨界條件鄰近時(shí)，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不安穩(wěn)焊接進(jìn)程，導(dǎo)致熔深波動(dòng)很大。激光深熔焊時(shí)，激光功率同時(shí)操控熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)必定直徑的激光束，熔深隨著光束功率進(jìn)步而添加。
?。?）光束焦斑。光束斑駁巨細(xì)是激光焊接的最重要變量之一，因?yàn)樗鼪Q定功率密度。但對(duì)高功率激光來(lái)說(shuō)，對(duì)它的丈量是一個(gè)難題，雖然已經(jīng)有許多間接丈量技能。
光束焦點(diǎn)衍射極限光斑尺度可以根據(jù)光衍射理論核算，但因?yàn)榫奂哥R像差的存在，實(shí)際光斑要比核算值偏大。最簡(jiǎn)單的實(shí)測(cè)辦法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后丈量焦斑和穿孔直徑。這種辦法要經(jīng)過(guò)丈量實(shí)踐，掌握好激光功率巨細(xì)和光束作用的時(shí)刻。
（3）資料吸收值。資料對(duì)激光的吸收取決于資料的一些重要功能，如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。
影響資料對(duì)激光光束的吸收率的因素包含兩個(gè)方面：首先是資料的電阻系數(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)資料拋光外表的吸收率丈量發(fā)現(xiàn)，資料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而改變；其次，資料的外表狀態(tài)（或者光潔度）對(duì)光束吸收率有較重要影響，從而對(duì)焊接作用發(fā)生明顯作用。
CO2激光器的輸出波長(zhǎng)通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對(duì)它的吸收率在室溫就很高，而金屬資料在室溫時(shí)對(duì)它的吸收很差，直到資料一旦熔化甚至氣化，它的吸收才急劇添加。選用外表涂層或外表生成氧化膜的辦法，進(jìn)步資料對(duì)光束的吸收很有用。
（4）焊接速度。焊接速度對(duì)熔深影響較大，進(jìn)步速度會(huì)使熔深變淺，但速度過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致資料過(guò)度熔化、工件焊穿。所以，對(duì)必定激光功率和必定厚度的某特定資料有一個(gè)合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時(shí)可獲得最大熔深。
?。?）維護(hù)氣體。激光焊接進(jìn)程常運(yùn)用惰性氣體來(lái)維護(hù)熔池，當(dāng)某些資料焊接可不計(jì)較外表氧化時(shí)則也可不考慮維護(hù)，但對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合則常運(yùn)用氦、氬、氮等氣體作維護(hù)，使工件在焊接進(jìn)程中免受氧化。
氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順暢經(jīng)過(guò)，光束能量不受阻止地直達(dá)工件外表。這是激光焊接時(shí)運(yùn)用最有用的維護(hù)氣體，但價(jià)格比較貴。
氬氣比較廉價(jià)，密度較大，所以維護(hù)作用較好。但它易受高溫金屬等離子體電離，結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有用激光功率，也損害焊接速度與熔深。運(yùn)用氬氣維護(hù)的焊件外表要比運(yùn)用氦氣維護(hù)時(shí)來(lái)得光滑。
氮?dú)庾鳛榫S護(hù)氣體最廉價(jià)，但對(duì)某些類型不銹鋼焊接時(shí)并不適用，主要是因?yàn)橐苯饘W(xué)方面問(wèn)題，如吸收，有時(shí)會(huì)在搭接區(qū)發(fā)生氣孔。
運(yùn)用維護(hù)氣體的第二個(gè)作用是維護(hù)聚集透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時(shí)，因?yàn)槠鋰姵鑫镒兊梅浅Ｓ辛Γ藭r(shí)維護(hù)透鏡則更為必要。
維護(hù)氣體的第三個(gè)作用是對(duì)遣散高功率激光焊接發(fā)生的等離子屏蔽很有用。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的維護(hù)氣體也會(huì)因受熱而電離。假如等離子體存在過(guò)多，激光束在某種程度上被等離子體耗費(fèi)。等離子體作為第二種能量存在于作業(yè)外表，使得熔深變淺、焊接熔池外表變寬。經(jīng)過(guò)添加電子與離子和中性原子三體磕碰來(lái)添加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，磕碰頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的維護(hù)氣體，才不致因氣體自身的電離而添加電子密度。
從表可知，等離子體云尺度與選用的維護(hù)氣體不同而改變，氦氣最小，氮?dú)獯沃\(yùn)用氬氣時(shí)最大。等離子體尺度越大，熔深則越淺。形成這種不同的原因首先因?yàn)闅怏w分子的電離程度不同，別的也因?yàn)榫S護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣分散不同。
激光焊接機(jī)，又常稱為激光焊機(jī)、鐳射焊機(jī)，是資料加工激光焊接時(shí)用的機(jī)器。
?。?）激光功率。激光焊接中存在一個(gè)激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦到達(dá)或超越此值，熔深會(huì)大幅度進(jìn)步。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超越閾值（與資料有關(guān)），等離子體才會(huì)發(fā)生，這標(biāo)志著安穩(wěn)深熔焊的進(jìn)行。假如激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生外表熔化，也即焊接以安穩(wěn)熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔構(gòu)成的臨界條件鄰近時(shí)，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不安穩(wěn)焊接進(jìn)程，導(dǎo)致熔深波動(dòng)很大。激光深熔焊時(shí)，激光功率同時(shí)操控熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)必定直徑的激光束，熔深隨著光束功率進(jìn)步而添加。
?。?）光束焦斑。光束斑駁巨細(xì)是激光焊接的最重要變量之一，因?yàn)樗鼪Q定功率密度。但對(duì)高功率激光來(lái)說(shuō)，對(duì)它的丈量是一個(gè)難題，雖然已經(jīng)有許多間接丈量技能。
光束焦點(diǎn)衍射極限光斑尺度可以根據(jù)光衍射理論核算，但因?yàn)榫奂哥R像差的存在，實(shí)際光斑要比核算值偏大。最簡(jiǎn)單的實(shí)測(cè)辦法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后丈量焦斑和穿孔直徑。這種辦法要經(jīng)過(guò)丈量實(shí)踐，掌握好激光功率巨細(xì)和光束作用的時(shí)刻。
（3）資料吸收值。資料對(duì)激光的吸收取決于資料的一些重要功能，如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。
影響資料對(duì)激光光束的吸收率的因素包含兩個(gè)方面：首先是資料的電阻系數(shù)，經(jīng)過(guò)對(duì)資料拋光外表的吸收率丈量發(fā)現(xiàn)，資料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而改變；其次，資料的外表狀態(tài)（或者光潔度）對(duì)光束吸收率有較重要影響，從而對(duì)焊接作用發(fā)生明顯作用。
CO2激光器的輸出波長(zhǎng)通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對(duì)它的吸收率在室溫就很高，而金屬資料在室溫時(shí)對(duì)它的吸收很差，直到資料一旦熔化甚至氣化，它的吸收才急劇添加。選用外表涂層或外表生成氧化膜的辦法，進(jìn)步資料對(duì)光束的吸收很有用。
（4）焊接速度。焊接速度對(duì)熔深影響較大，進(jìn)步速度會(huì)使熔深變淺，但速度過(guò)低又會(huì)導(dǎo)致資料過(guò)度熔化、工件焊穿。所以，對(duì)必定激光功率和必定厚度的某特定資料有一個(gè)合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時(shí)可獲得最大熔深。
?。?）維護(hù)氣體。激光焊接進(jìn)程常運(yùn)用惰性氣體來(lái)維護(hù)熔池，當(dāng)某些資料焊接可不計(jì)較外表氧化時(shí)則也可不考慮維護(hù)，但對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合則常運(yùn)用氦、氬、氮等氣體作維護(hù)，使工件在焊接進(jìn)程中免受氧化。
氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順暢經(jīng)過(guò)，光束能量不受阻止地直達(dá)工件外表。這是激光焊接時(shí)運(yùn)用最有用的維護(hù)氣體，但價(jià)格比較貴。
氬氣比較廉價(jià)，密度較大，所以維護(hù)作用較好。但它易受高溫金屬等離子體電離，結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有用激光功率，也損害焊接速度與熔深。運(yùn)用氬氣維護(hù)的焊件外表要比運(yùn)用氦氣維護(hù)時(shí)來(lái)得光滑。
氮?dú)庾鳛榫S護(hù)氣體最廉價(jià)，但對(duì)某些類型不銹鋼焊接時(shí)并不適用，主要是因?yàn)橐苯饘W(xué)方面問(wèn)題，如吸收，有時(shí)會(huì)在搭接區(qū)發(fā)生氣孔。
運(yùn)用維護(hù)氣體的第二個(gè)作用是維護(hù)聚集透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時(shí)，因?yàn)槠鋰姵鑫镒兊梅浅Ｓ辛Γ藭r(shí)維護(hù)透鏡則更為必要。
維護(hù)氣體的第三個(gè)作用是對(duì)遣散高功率激光焊接發(fā)生的等離子屏蔽很有用。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的維護(hù)氣體也會(huì)因受熱而電離。假如等離子體存在過(guò)多，激光束在某種程度上被等離子體耗費(fèi)。等離子體作為第二種能量存在于作業(yè)外表，使得熔深變淺、焊接熔池外表變寬。經(jīng)過(guò)添加電子與離子和中性原子三體磕碰來(lái)添加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，磕碰頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的維護(hù)氣體，才不致因氣體自身的電離而添加電子密度。
從表可知，等離子體云尺度與選用的維護(hù)氣體不同而改變，氦氣最小，氮?dú)獯沃\(yùn)用氬氣時(shí)最大。等離子體尺度越大，熔深則越淺。形成這種不同的原因首先因?yàn)闅怏w分子的電離程度不同，別的也因?yàn)榫S護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣分散不同。
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