脈沖激光焊接工藝[業(yè)界研究]

1、脈沖激光焊接工藝,1,業(yè)界薈萃,概述,1、激光焊接是一種新興的焊接工藝，它相對各種傳統(tǒng)焊接最大的優(yōu)勢就是熱影響范圍小，變形小，焊縫精美。 2、脈沖激光焊接一般用于點焊和中小功率的縫焊，焊接厚度一般不大于1mm。,2,業(yè)界薈萃,在脈沖激光焊中用到的一些名詞,1、注入峰值電功率：由激光電源提供給氙燈的電功率。其值P23.7I3/2。 2、激光平均功率：實際輸出的激光功率，大約等于注入平均電功率的2-3。我們的機器上是幾十到幾百瓦。 3、激光峰值功率：激光在實際出光時的瞬間功率。由于我們是使用脈沖激光，激光峰值功率等于平均功率除以占空比。在我們的機器上一般是幾個千瓦的數(shù)量級。,3,業(yè)界薈萃,激光波形

2、解釋,脈寬5ms 頻率1000/20=50Hz 峰值功率1KW 平均功率1520250W,1,4,業(yè)界薈萃,在脈沖激光焊中用到的一些名詞,激光功率密度：單位面積內(nèi)的激光功率。等于激光峰值功率除以光斑面積。用于焊接一般是104W/cm2 105W/cm2級別。 激光脈沖能量：指單個脈沖所輸出的能量。由儲能電容容量、電壓和氙燈決定。這是一個重要的指標，在點焊的時候，單點能量的穩(wěn)定性對焊接的質量影響很大。,5,業(yè)界薈萃,在脈沖激光焊中用到的一些名詞,脈沖寬度：單個脈沖的時間。 脈沖頻率：每秒鐘內(nèi)激光脈沖重復的次數(shù)。 點距：相鄰兩個焊點間的距離。點距越小，焊接會越慢。畫圖時注意穿透焊和對接焊兩種。 焊

3、接速度：等于頻率乘以點距。,6,業(yè)界薈萃,表面對接焊點距說明,7,業(yè)界薈萃,穿透焊點距說明,8,業(yè)界薈萃,以下參數(shù)會對脈沖激光焊接造成影響,一、吸收率的影響 二、功率密度的影響 三、波形的影響 四、脈寬的影響 五、離焦量的影響 六、聚焦透鏡焦距的影響,9,業(yè)界薈萃,吸收率的影響,1、激光波長越短，吸收率越高； 2、一般導電性好的材料，反射率都很高； 對YAG激光來說，銀的反射率是96，鋁是92，銅90，鉑89，而鐵只有60。 3、溫度越高，吸收率越高，呈線性關系。 4、表面涂層的影響，一般涂磷酸鹽、碳黑、石墨等以提高吸收率。,10,業(yè)界薈萃,功率密度的影響,1、功率密度直接影響表面材料的溫升時

4、間，功率密度越大，溫度升得越快。拿不銹鋼來說，當注入功率密度在3.5104W/cm2的時候，材料表面會在1ms內(nèi)被加熱到熔點1500度，而注入功率在6.3104W/cm2時，材料表面會在1ms內(nèi)被加熱到沸點2700度。根據(jù)這個資料，我們可以算出來對應WF200，SI600的光纖，100對100的鏡頭，使不銹鋼表面在1ms內(nèi)升溫到1500度約為20A，升到2700度約為29A。,11,業(yè)界薈萃,功率密度的影響,2、當注入功率引起的材料溫度上升速度小于散熱的速度時，材料溫度下降。 3、幾種常用材料在1ms內(nèi)升溫到各溫度點對應的功率密度：,12,業(yè)界薈萃,波形的影響,由于材料在固態(tài)和液態(tài)下對激光體現(xiàn)

5、出不同的吸收率，在固態(tài)下反射率較高，而液態(tài)下較低，這意味著如果不改變能量注入的波形，則隨著物質表面狀態(tài)的變化，吸收的能量變多，出現(xiàn)氣化。,13,業(yè)界薈萃,波形的影響,一般的，如果考慮反射率的變化，要維持材料的表面溫度不變，則注入能量隨時間的變化大概如下圖所示：,考慮反射率,14,業(yè)界薈萃,波形的影響,上面的波形都是針對點焊來說的，而縫焊時一般采用一個方波即可。如右圖所示： 對于一些容易裂紋的材料，則需要在波形上加一段預熱和一段緩冷的時間，如右圖所示：,預熱,緩冷,15,業(yè)界薈萃,脈寬的影響,1、設注入功率為I0時，需要時間t0后表面溫度達到T，熔深為h0，功率為I1時需要時間為t1，熔深為h1，則有: I0 /I1=(t1 / t0)1/2 h1 /h0=(t1 / t0)1/2 2、達到同樣的熔深，有兩種方式：增加功率密度和增加脈寬，增加功率密度可以讓輸入能量降低，增加脈寬可以讓焊接更加穩(wěn)定。 3、如熱影響范圍有要求，則脈寬不能太大。 4、脈寬增大到一定程度后，熔深不會再增加。,16,業(yè)界薈萃,離焦量的影響,1、激光焦點并不等于聚焦鏡的焦點。 2、離焦量聚焦鏡和工件間的距離焦距，為負值時就是負離焦，為正值就是正離焦。 3、離焦量相同時，負離焦可以獲得更大的熔深，正離焦會得到更好的表面效果。 4、離焦量為0時，焊接對