脉冲激光焊接工艺

脉冲激光焊接工艺概述1、激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它相对各种传统焊接最大的优势就是热影响范围小，变形小，焊缝精美。2、脉冲激光焊接一般用于点焊和中小功率的缝焊，焊接厚度一般不大于1mm。在脉冲激光焊中用到的一些名词1、注入峰值电功率：由激光电源提供给氙灯的电功率。其值P＝23.7×I3/2。2、激光平均功率：实际输出的激光功率，大约等于注入平均电功率的2-3％。我们的机器上是几十到几百瓦。3、激光峰值功率：激光在实际出光时的瞬间功率。由于我们是使用脉冲激光，激光峰值功率等于平均功率除以占空比。在我们的机器上一般是几个千瓦的数量级。激光波形解释脉宽＝5ms频率＝1000/20=50Hz峰值功率＝1KW平均功率＝1×5÷20＝250W1在脉冲激光焊中用到的一些名词激光功率密度：单位面积内的激光功率。等于激光峰值功率除以光斑面积。用于焊接一般是104W/cm2～105W/cm2级别。激光脉冲能量：指单个脉冲所输出的能量。由储能电容容量、电压和氙灯决定。这是一个重要的指标，在点焊的时候，单点能量的稳定性对焊接的质量影响很大。在脉冲激光焊中用到的一些名词脉冲宽度：单个脉冲的时间。脉冲频率：每秒钟内激光脉冲重复的次数。点距：相邻两个焊点间的距离。点距越小，焊接会越慢。画图时注意穿透焊和对接焊两种。焊接速度：等于频率乘以点距。表面对接焊点距说明穿透焊点距说明以下参数会对脉冲激光焊接造成影响一、吸收率的影响二、功率密度的影响三、波形的影响四、脉宽的影响五、离焦量的影响六、聚焦透镜焦距的影响吸收率的影响1、激光波长越短，吸收率越高；2、一般导电性好的材料，反射率都很高；对YAG激光来说，银的反射率是96％，铝是92％，铜90％，铂89％，而铁只有60％。3、温度越高，吸收率越高，呈线性关系。4、表面涂层的影响，一般涂磷酸盐、碳黑、石墨等以提高吸收率。功率密度的影响1、功率密度直接影响表面材料的温升时间，功率密度越大，温度升得越快。拿不锈钢来说，当注入功率密度在3.5×104W/cm2的时候，材料表面会在1ms内被加热到熔点1500度，而注入功率在6.3×104W/cm2时，材料表面会在1ms内被加热到沸点2700度。根据这个资料，我们可以算出来对应WF200，SI600的光纤，100对100的镜头，使不锈钢表面在1ms内升温到1500度约为20A，升到2700度约为29A。功率密度的影响2、当注入功率引起的材料温度上升速度小于散热的速度时，材料温度下降。3、几种常用材料在1ms内升温到各温度点对应的功率密度：金属熔点Ic1（W/cm2）沸点Ic2（W/cm2）铜10831100002300234000铝660410002062130000铁1539870002700150000锌4912500090645000钛180030000320053000不锈钢150035000270063000波形的影响由于材料在固态和液态下对激光体现出不同的吸收率，在固态下反射率较高，而液态下较低，这意味着如果不改变能量注入的波形，则随着物质表面状态的变化，吸收的能量变多，出现气化。0%20%40%60%80%100%024681012温度太低气化波形的影响一般的，如果考虑反射率的变化，要维持材料的表面温度不变，则注入能量随时间的变化大概如下图所示：0%20%40%60%80%100%024681012不考虑反射率考虑反射率波形的影响上面的波形都是针对点焊来说的，而缝焊时一般采用一个方波即可。如右图所示：对于一些容易裂纹的材料，则需要在波形上加一段预热和一段缓冷的时间，如右图所示：0%20%40%60%80%100%00.511.522.533.544.50%20%40%60%80%100%00.511.522.5预热缓冷脉宽的影响1、设注入功率为I0时，需要时间t0后表面温度达到T，熔深为h0，功率为I1时需要时间为t1，熔深为h1，则有:I0/I1=(t1/t0)1/2h1/h0=(t1/t0)1/22、达到同样的熔深，有两种方式：增加功率密度和增加脉宽，增加功率密度可以让输入能量降低，增加脉宽可以让焊接更加稳定。3、如热影响范围有要求，则脉宽不能太大。4、脉宽增大到一定程度后，熔深不会再增加。离焦量的影响1、激光焦点并不等于聚焦镜的焦点。2、离焦量＝聚焦镜和工件间的距离－焦距，为负值时就是负离焦，为正值就是正离焦。3、离焦量相同时，负离焦可以获得更大的熔深，正离焦会得到更好的表面效果。4、离焦量为0时，焊接对高度最不敏感。5、采用何种离焦方式，要视具体情况而定。聚焦镜焦距的影响从D＝fθ，得知聚焦镜焦距越小，焦点光斑直径越小，穿透力越强，对高度也越敏感。