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浅谈激光焊接机工作原理

发布时间:2017-12-26 15:47    搜索关键字:激光焊接机    发布人:admin

  激光焊接是将高强度的激光束辐射至金属表面,通过激光与金属的相互作用,金属吸收激光转化为热能使金属熔化后冷却结晶形成焊接。在不同的辐射功率密度下熔化过程的演变阶段,激光焊接机原理有两种:

  第一种:激光深熔焊 

  当功率密度比较大的激光束照射到材料表面时,材料吸收光能转化为热能,材料被加热熔化至汽化,产生大量的金属蒸汽,在蒸汽退出表面时产生的反作用力下,使熔化的金属液体向四周排挤,形成凹坑,随着激光的继续照射,凹坑穿人更深,当激光焊接机激光停止照射后,凹坑周边的熔液回流,冷却凝固后将两焊件焊接在—起。

  第二种:热传导焊接

  当激光照射在材料表面时,一部分激光被反射,一部分被材料吸收,将光能转化为热能而加热熔化,材料表面层的热以热传导的方式继续向材料深处传递,最后将两焊件熔接在一起。

  这两种焊接机理根据实际的材料性质和焊接需要来选择,通过调节激光的各焊接工艺参数得到不同的焊接机理。这两种方式最基本的区别在于:前者熔池表面保持封闭,而后者熔池则被激光束穿透成孔。传导焊对系统的扰动较小,因为激光束的辐射没有穿透被焊材料,所以,在传导焊过程中焊缝不易被气体侵入;而深熔焊时,小孔的不断关闭能导致气孔。传导焊和深熔焊方式也可以在同一焊接过程中相互转换,由传导方式向小孔方式的转变取决于施加于工件的峰值激光能量密度和激光脉冲持续时间。激光脉冲能量密度的时间依赖性能够使激光焊接机在激光与材料相互作用期间由一种焊接方式向另一种方式转变,即在相互作用过程中焊缝可以先在传导方式下形成,然后再转变为小孔方式。

1、激光焊接机焊缝的组织性能 

  采用大功率激光光束焊接时,因其能量密度极高,被焊工件经受快速加热和冷却的热循环作用,使得焊缝和热影响区区域极窄,其硬度远远高于母材。因此,该区域的塑性相对较低。为了降低接头区域的硬度,应采取焊接前预热和焊后回火等相应的工艺措施。激光回火是一种在激光焊后随即采用非聚焦的低能量密度光束对焊道进行多道扫描从而降低焊缝硬度的新工艺。激光焊接金属及热影响区的组织和硬度是由化学成分和冷却速度决定的。在激光焊接中,现行焊接工艺一般不需要填充金属。在这种情况下,焊缝的组织和硬度主要由钢板的化学成分和激光照射条件来决定。采用填充焊丝的激光焊接由于可以选择任意合金成分的焊丝作为最佳的焊缝过渡合金,因而可以保证两侧母材的联结具有最佳性能。可以对高熔点、高热导率、物理性质差异较大的异种或同种金属材料进行焊接。可以得到无污染、杂质少的焊缝。激光焊接加热速度快,焊接熔池迅速冷却,与普通的常规焊接在金相组织上有着很大的区别。

2、激光焊接的焊缝形状 

  对于大功率深熔焊由于在焊缝熔池处的熔化金属,由于材料的瞬时汽化而形成深穿型的圆孔空腔,随着激光束与工件的相对运动使小孔周边金属不断熔化、流动、封闭、凝固而形成连续焊缝,其焊缝形状深而窄,即具有较大的熔深熔宽比,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:l,最高可达10:1[2]。图2显示四种焊法在316不锈钢及ducolw30钢上的焊缝截面形状的比较,对比的结论有以下几点:1)激光焊和电子束焊比tig和等离子焊的主要优点相似:焊缝窄、穿透深、焊缝两边平行、热影响区小;2)tig和等离子焊投资少,广泛应用了许多年,经验比较多;3)激光焊和电子束焊,焊缝窄且热影响区小,因而变形最小。4)激光焊接机和电子束焊在高生产率方面优势大得多。但电子束焊须在真空室或局部真空中进行。也可在空气中,但熔透能力比激光焊差;


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