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行业新闻

影响激光焊接机加工效果的加工参数主要有哪些?

        激光焊接加工技术应用于传统制造业已经很多年了,激光焊接设备和加工工艺也在逐步升级,但是,还是经常碰到我们客户的工程人员问:激光焊接机有哪些重要设置参数会影响到焊接加工的品质和效果?

光纤激光焊接机


     1、激光输出功率

     工件表面某点吸收能量的多少由激光输出功率和激光辐照时间共同决定。在其他参数都相同的条件下(如能量分布、焦点位置等),增加激光输出功率可提高焊接速度、增大焊接熔深。焊接熔深直接与光束功率密度有关,对一定直径的激光束,溶深随着光束功率提高而增加。无论对连续还是脉冲激光,激光功率越大则工件所能吸收的能量值越高,材料所达到的温度就越高。但随着聚焦透镜焦长变化,功率会由此改变。


    2、焦点位置(离焦量、焦距)

    激光焊接加工时,光束的聚焦特性(包括焦距和离焦量)对焊接质量有影响。采用短焦可获得较高的能量密度,光斑小,要求工作配合间隙要小。长焦距能量密度低,焦距较大,但仍可维持一定的能量密度。对接头定位的精度不高时,能量密度足够用于焊接时,可采用长焦距焊接。


    焦平面位于工件下方为正离焦,反之为负离焦。正、负离焦量相等时,平面上的功率密度近似相同,但熔池形状不同。在实际运用中,薄板焊接时,熔深小,适宜用正离焦;熔深较大时,采用负离焦,如果离焦太远效果也不太明显,能量也比较容易分散。通过调节离焦量可以在光束的某一截面选择光斑直径使其能量密度适合于焊接。在实际加工中,离焦量的控制应先在加工的材料上进行试加工,选择合适的电流及脉宽大小、激光频率,看激光打在是材料上的情况,合适的离焦量基本无熔渣溅出。


     3、脉冲频率

     激光脉冲频率、光斑尺寸和焊接速度相互匹配,才能达到所需的重叠率。当焊接点达到90%以上的重叠率时基本符合焊缝要求,但是也要根据对加工工件的粗糙度及焊接要求来选择。对于非密封焊接,焊接速度不变情况下,激光脉冲频率降低,焊接点之间重叠率就降低,相对焊缝表面会比较粗糙。一般来说,重叠率越大,焊缝越光滑,但焊接速度也相应降低。当激光脉冲频率超过一定值时,重叠率过大,超过材料的焊接极限,容易焊穿或出现焊渣。


     4、激光脉冲宽度

     激光脉宽由熔深与热影响区确定,脉宽越长热影响区越大,熔深是随脉宽的1/2次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率,因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式,形成的焊缝尺寸宽而浅,尤其适合薄板和厚板的搭接焊。但是,较低的峰值功率会导致多余的热输入。对于每种材料,都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。钢的最佳脉冲冲宽度为(5~8)×10ˉ3S.


    5、焊接速度

    提高焊接速度会使熔深变浅。所以,一般在焊接薄板或焊接性较好材料时使用高速焊接:厚板、难焊材料速度要降低。焊接速度对熔池和焊缝形状也有影响。低速下熔池大而宽,且易产生下塌,高速焊接时,焊缝中心强烈流动的液态金属由于来不及从新分布,便在焊缝两侧凝固,形成不平整焊缝。对于一定激光功率和一定厚度的某特定材料都有一个合适的焊接速度范围。


     6、激光脉冲波形

    激光脉冲波形在脉冲激光焊接加工中是一个重要问题,尤其对于薄片焊接。当高强度激光束射入材料表面,会将60~98%的激光能量反射而损失掉,尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。一个激光脉冲讯号过程中,金属的反射率随时间而变化。当材料表面温度升高到熔点时,反射率会迅速下降,当表面处于熔化状态时,反射稳定于某一值。对于波长1.064um的激光束,大多数材料初始反射率较高,因此常用带有前置尖峰的激光输出波形。利用开始出现的尖峰迅速改变表面状态,使其温度上升至熔点,从而使材料表面反射率较低。对于钢及类似黑金属,其表面反射率比有色金属低,宜采用平坦的激光波形。在实际焊接中可针对不同材料的焊接特性,灵活调整脉冲波形。如对于易脆材料可以采用能量缓慢降低的脉冲波形,减慢冷淬速度。


     7、材料吸收率

    激光束与材料吸收的相容性取决于材料的一些重要性能,如吸收率、反射率、热导率等,其中最主要是吸收率。材料吸收率与材料的电阻系数和光洁度都有关系。美国罗切斯特大学研究人员利用高能脉冲激光处理的方法,改变金属特性,将会大大提高金属吸收的能力。材料的表面状态对光束吸收率有较大影响,建议利用采用表面涂层或表面生成氧化膜的方法,对提高材料对光束的吸收很有效。


     8、保护气体

     激光焊接过程使用惰性气体来保护溶池,一般情况下用氮气、氩气、氦气。氦气成本最高,但其防氧化效果好,且电离度小,不易形成等离子体。氩气的防氧化效果也好,但是它易电离,一般如铝,钛等活泼性金属用氩气做保护气,而将氩气和氦气按一定比例混合使用效果更好。氮气成本最低,一般用于不锈钢激光焊接。

 

     激光焊接加工技术进步显著,各种激光系统,设备已经进入各个工业领域。从20世纪90年代中期开始,激光焊接加工的优点日益凸显出来,成为专门焊接精密敏感的、几何形状复杂的或是特殊要求工件的方法。激光焊接加工过程中,掌握好一些变化规律,就可以根据对焊缝组织的不同要求来调整焊缝。通过激光焊接条件可以获得最佳的焊缝性能。
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