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          首鐳激光焊接機的質量與特點

          日期:2020-07-07    點擊數:

          首鐳激光焊接是激光加工材料加工技術應用的重要方面之一。70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接過程屬于熱傳導型,即激光輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散,通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率等參數,使工件熔化,形成特定的熔池。由于激光焊接作為一種高質量、高精度、低變形、高效率和高速度的焊接方法,隨著高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纖傳輸技術的完善、金屬鉬焊接聚束物鏡等的研制成功,使其在機械制造、航空航天、汽車工業、粉末冶金、生物醫學微電子行業等領域的應用越來越廣。目前的研究主要集中于C02激光和YAG激光焊接各種金屬材料時的理論,包括激光誘發的等離子體的分光、吸收、散射特性以及激光焊接智能化控制、復合焊接、激光焊接現象及小孔行為、焊接缺陷發生機理與防止方法等,并對鎳基耐熱合金、鋁合金及鎂合金的焊接性,焊接現象建模與數值模擬,鋼鐵材料、銅、鋁合金與異種材料的連接,激光接頭性能評價等方面做了一定的研究。 


                首鐳激光焊接機原理:激光焊接是將高強度的激光束輻射至金屬表面,通過激光與金屬的相互作用,金屬吸收激光轉化為熱能使金屬熔化后冷卻結晶形成焊接。圖1顯示在不同的輻射功率密度下熔化過程的演變階段,激光焊接的機理有兩種: 


              1、熱傳導焊接 


              當激光照射在材料表面時,一部分激光被反射,一部分被材料吸收,將光能轉化為熱能而加熱熔化,材料表面層的熱以熱傳導的方式繼續向材料深處傳遞,最后將兩焊件熔接在一起。 


              2、激光深熔焊 


                當功率密度比較大的激光束照射到材料表面時,材料吸收光能轉化為熱能,材料被加熱熔化至汽化,產生大量的金屬蒸汽,在蒸汽退出表面時產生的反作用力下,使熔化的金屬液體向四周排擠,形成凹坑,隨著激光的繼續照射,凹坑穿人更深,當激光停止照射后,凹坑周邊的熔液回流,冷卻凝固后將兩焊件焊接在—起。 


                這兩種焊接機理根據實際的材料性質和焊接需要來選擇,通過調節激光的各焊接工藝參數得到不同的焊接機理。這兩種方式最基本的區別在于:前者熔池表面保持封閉,而后者熔池則被激光束穿透成孔。傳導焊對系統的擾動較小,因為激光束的輻射沒有穿透被焊材料,所以,在傳導焊過程中焊縫不易被氣體侵入;而深熔焊時,小孔的不斷關閉能導致氣孔。傳導焊和深熔焊方式也可以在同一焊接過程中相互轉換,由傳導方式向小孔方式的轉變取決于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脈沖持續時間。激光脈沖能量密度的時間依賴性能夠使激光焊接在激光與材料相互作用期間由一種焊接方式向另一種方式轉變,即在相互作用過程中焊縫可以先在傳導方式下形成,然后再轉變為小孔方式。 


              1、激光焊接的焊縫形狀 


              對于大功率深熔焊由于在焊縫熔池處的熔化金屬,由于材料的瞬時汽化而形成深穿型的圓孔空腔,隨著激光束與工件的相對運動使小孔周邊金屬不斷熔化、流動、封閉、凝固而形成連續焊縫,其焊縫形狀深而窄,即具有較大的熔深熔寬比,在高功率器件焊接時,深寬比可達5:l,最高可達10:1[2]。圖2顯示四種焊法在316不銹鋼及DUCOLW30鋼上的焊縫截面形狀的比較,對比的結論有以下幾點:(1)激光焊和電子束焊比TIG和等離子焊的主要優點相似:焊縫窄、穿透深、焊縫兩邊平行、熱影響區??;(2)TIG和等離子焊投資少,廣泛應用了許多年,經驗比較多;(3)激光焊和電子束焊在高生產率方面優勢大得多。但電子束焊須在真空室或局部真空中進行。也可在空氣中,但熔透能力比激光焊差;(4)激光焊和電子束焊,焊縫窄且熱影響區小,因而變形最小。 


              2、激光焊接焊縫的組織性能 


                采用大功率激光光束焊接時,因其能量密度極高,被焊工件經受快速加熱和冷卻的熱循環作用,使得焊縫和熱影響區區域極窄,其硬度遠遠高于母材[3],因此,該區域的塑性相對較低。為了降低接頭區域的硬度,應采取焊接前預熱和焊后回火等相應的工藝措施。激光回火是一種在激光焊后隨即采用非聚焦的低能量密度光束對焊道進行多道掃描從而降低焊縫硬度的新工藝。激光焊接金屬及熱影響區的組織和硬度是由化學成分和冷卻速度決定的。在激光焊接中,現行焊接工藝一般不需要填充金屬。在這種情況下,焊縫的組織和硬度主要由鋼板的化學成分和激光照射條件來決定。采用填充焊絲的激光焊接由于可以選擇任意合金成分的焊絲作為最佳的焊縫過渡合金,因而可以保證兩側母材的聯結具有最佳性能[4]??梢詫Ω呷埸c、高熱導率、物理性質差異較大的異種或同種金屬材料進行焊接[5],可以得到無污染、雜質少的焊縫。激光焊接加熱速度快,焊接熔池迅速冷卻,與普通的常規焊接在金相組織上有著很大的區別。

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