2024年激光焊接實(shí)驗(yàn)綜述

一、試驗(yàn)?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(shí)激光束激光束密度激光焊接金屬材料時(shí)的重要過(guò)程如圖2所示?；?。當(dāng)功率密度在不不大于10W/cm2不不不大于10W/cm2數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)時(shí)，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(guò)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(huì)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(jià)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(diǎn)處光斑中心的功率密度過(guò)高，輕易蒸發(fā)成孔。離開(kāi)激光焦點(diǎn)的各平面上，功率密度分布相對(duì)均勻。離焦方接薄材料時(shí)，宜用正離焦。如圖5所示。材料對(duì)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(duì)激光光束的吸取率的原因包括兩個(gè)方面：首先是材料的電阻系數(shù)，通過(guò)對(duì)材料拋光表面的吸取率測(cè)首先，材料的表面狀態(tài)(或者光潔度)對(duì)光束吸取率有較重要影響，從而對(duì)焊接效2.4.5.1波長(zhǎng)對(duì)吸取率的影響金屬的吸取率A與激光波長(zhǎng)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(diǎn)時(shí)吸取率可高達(dá)90%,激光功率越大、作用時(shí)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(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)材料3.1試驗(yàn)設(shè)備及其參數(shù)Rofin⑧SlabDCO35——CO?激光器。配置六軸聯(lián)動(dòng)激光三維加工系波長(zhǎng)λ加工范圍波長(zhǎng)λCO?激光器焊接：45#低碳鋼(6mm厚),6061鋁合金。四、試驗(yàn)措施的金屬材料(低碳鋼，鋁合金)在不同樣功率下對(duì)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)想象及成果。試將功率從500W開(kāi)始逐漸增長(zhǎng)至3500W,共選用11個(gè)功率點(diǎn)進(jìn)行焊接。將試驗(yàn)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(jiàn)圖7、8。功率點(diǎn)進(jìn)行焊接。將試驗(yàn)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(yàn)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(jiàn)圖11、12。割，并選用3~4個(gè)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(cè)量，將各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄并整頓記入表2、3、4。五、試驗(yàn)成果及分析下的格子數(shù)，為n測(cè)量點(diǎn)的數(shù)目。功率，r為光斑半徑。運(yùn)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(zhǎng)度為縱坐標(biāo)),通過(guò)觀測(cè)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(yàn)分析。5.1CO?激光器焊接試驗(yàn)45#低碳鋼鋼焊接試驗(yàn)現(xiàn)象，成果及分析：編號(hào)功率(W)功率密度熔深(mm)1微弱黃光，無(wú)飛濺23先黃光，后藍(lán)白4開(kāi)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?gòu)?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(hào)功率密度熔寬/mm1小，無(wú)飛濺002小，無(wú)飛濺0304先黃光，后綠05黃光、綠光間雜出現(xiàn)，無(wú)飛濺06黃光、綠光間雜出現(xiàn)，開(kāi)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(duì)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(gè)焊接點(diǎn)時(shí)，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(shí)，熔深、熔寬有了大幅度提高(突變),可見(jiàn)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(shí)，熔深熔寬的深度及寬度增長(zhǎng)，即在5.2YAG激光器316L不銹鋼焊接試驗(yàn)45#低碳鋼鋼焊接編號(hào)功率(W)熔寬(mm)1黃色亮點(diǎn)21亮點(diǎn)漸漸變亮3亮點(diǎn)變亮4亮點(diǎn)變亮5亮點(diǎn)變亮6亮點(diǎn)變亮47亮點(diǎn)變亮8亮點(diǎn)變亮9亮點(diǎn)變亮亮點(diǎn)變亮亮點(diǎn)變亮亮點(diǎn)變亮圖11熔深，熔寬與功率的關(guān)系曲線萬(wàn)在試驗(yàn)過(guò)程中可以觀測(cè)到：伴隨激光功率的增長(zhǎng)，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(gè)過(guò)程中均無(wú)飛濺的產(chǎn)生。從表4,圖11中我們可以看出，功率在增長(zhǎng)過(guò)程中，焊接的熔深、熔寬均隨之增長(zhǎng)。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(diǎn)之前可認(rèn)為焊接類型為熱導(dǎo)焊，之后為深熔焊。編號(hào)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(zhǎng)(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(shí)前者的功率密度較大，因此C一、試驗(yàn)?zāi)康?、掌握基于空心探針測(cè)量原理的PROMETEC企業(yè)的LASERSCOPE徑約為20~50μm。在選擇探針材料時(shí)要考慮到抗高功率的激光損傷，此外，圖13大功率激光器光