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影响激光焊接的因素

来源: 日期:2012-12-14 23:24:47 人气: 标签:
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激光束模式

功率密度/W·cm-2

焊接速度/m·min-1

焊接熔深/mm

TEM00

TEM10

TEMoo+ TEM10

TEM20

TEM10+ TEM20

2×106

2×106

2×106

2×106

2×106

2

2

2

2

2

3.0

1.8

1.6

1.1

1.0

    (1)激光输出方式

     激光焊接时,根据激光器的输出方式可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。脉冲式激光焊接类似点焊,每个脉冲在金属上形成一个焊点,它主要用于微焊、精密焊和一些微电子元件的焊接。有关资料指出:使用厚度为4~5mm的马氏体时效钢板,其正面和背面均以He气保护,用CO2激光进行连续焊和脉冲(频率为800Hz),激光功率和焊接速度相差较大,具体见表5。

表5  脉冲焊接和连续焊接时激光功率和焊接速度

焊接方法

平均功率/kW

焊接速度/m·min-1

焊接方法

平均功率/kW

焊接速度/m·min-1

脉冲焊接

0.50

0.60

0.65

10

13.5

15

连续焊接
 

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影响激光焊接的因素

影响激光焊接质量的因素很多,主要有:光束质量参数、母材性能、焊机参数、工件参数及保护气体种类及流量等。

1990年,Siegman为描述激光光束质量,在理论上给出了较为完整的M2因子概念。M2因子(衍射极限倍数因子)或其倒数K因子(光速传输因子)称为通常情况下评价激光光束质量的一种最重要的参数。在激光光束质量参数中,有一光束能量密度分布和光束发散角两参数最为重要,激光光束质量对于激光加工质量有极其重要的影响。

工业应用中激光束模式一般用TEM表示,而TEM00(基模)最为理想,好的激光模式才能保证好的激光加工质量。就激光焊接而言,由于激光束与材料的相互作用不仅限于表面,而且还在一定深度内进行。因此激光焊接时,在要求激光束聚焦光斑小的同时还要求有一定的聚焦深度,即在一定的聚焦深度范围内光斑的大小变化足够小。适用于激光焊接的光束模式从理论上讲应该是基模,以此获得最为集中的能量密度。但是,激光深熔焊接不同于激光切割,光斑直径越小,焊缝堆中难度越大。因此应该在焊接试验的基础上,综合选择合理的光束模式,通常情况下采用低阶模甚至基模状态的激光束,否则难以满足焊接质量的要求。激光焊接时光束模式对焊接质量的影响见表4。

由表4可以看出,在相同的激光功率密度和焊接速度下,不同激光束模式下焊接熔深明显不同,TEM10模式下的焊缝具有最好的质量和深宽比。此外,它对熔宽也有影响,模式越低,熔宽越小。

表4  激光束模式对激光焊接质量的影响

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