激光焊接機(jī)深熔焊接的主要工藝參數(shù)
2023-01-10來源：網(wǎng)絡(luò)作者：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽：激光焊接機(jī)
激光焊接機(jī)深熔焊接的主要工藝參數(shù)
激光焊接機(jī)，又常稱為激光焊機(jī)、鐳射焊機(jī)，是資料加工激光焊接時用的機(jī)器。
（1）激光功率。激光焊接中存在一個激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦到達(dá)或超越此值，熔深會大幅度進(jìn)步。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超越閾值（與資料有關(guān)），等離子體才會發(fā)生，這標(biāo)志著安穩(wěn)深熔焊的進(jìn)行。假如激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生外表熔化，也即焊接以安穩(wěn)熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔構(gòu)成的臨界條件鄰近時，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不安穩(wěn)焊接進(jìn)程，導(dǎo)致熔深波動很大。激光深熔焊時，激光功率同時操控熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來說，對必定直徑的激光束，熔深隨著光束功率進(jìn)步而添加。
（2）光束焦斑。光束斑駁巨細(xì)是激光焊接的最重要變量之一，因為它決定功率密度。但對高功率激光來說，對它的丈量是一個難題，雖然已經(jīng)有許多間接丈量技能。
光束焦點衍射極限光斑尺度可以根據(jù)光衍射理論核算，但因為聚集透鏡像差的存在，實際光斑要比核算值偏大。最簡單的實測辦法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后丈量焦斑和穿孔直徑。這種辦法要經(jīng)過丈量實踐，掌握好激光功率巨細(xì)和光束作用的時刻。
（3）資料吸收值。資料對激光的吸收取決于資料的一些重要功能，如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。
影響資料對激光光束的吸收率的因素包含兩個方面：首先是資料的電阻系數(shù)，經(jīng)過對資料拋光外表的吸收率丈量發(fā)現(xiàn)，資料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而改變；其次，資料的外表狀態(tài)（或者光潔度）對光束吸收率有較重要影響，從而對焊接作用發(fā)生明顯作用。
CO2激光器的輸出波長通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對它的吸收率在室溫就很高，而金屬資料在室溫時對它的吸收很差，直到資料一旦熔化甚至氣化，它的吸收才急劇添加。選用外表涂層或外表生成氧化膜的辦法，進(jìn)步資料對光束的吸收很有用。
（4）焊接速度。焊接速度對熔深影響較大，進(jìn)步速度會使熔深變淺，但速度過低又會導(dǎo)致資料過度熔化、工件焊穿。所以，對必定激光功率和必定厚度的某特定資料有一個合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時可獲得最大熔深。
（5）維護(hù)氣體。激光焊接進(jìn)程常運用惰性氣體來維護(hù)熔池，當(dāng)某些資料焊接可不計較外表氧化時則也可不考慮維護(hù)，但對大多數(shù)應(yīng)用場合則常運用氦、氬、氮等氣體作維護(hù)，使工件在焊接進(jìn)程中免受氧化。
氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順暢經(jīng)過，光束能量不受阻止地直達(dá)工件外表。這是激光焊接時運用最有用的維護(hù)氣體，但價格比較貴。
氬氣比較廉價，密度較大，所以維護(hù)作用較好。但它易受高溫金屬等離子體電離，結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有用激光功率，也損害焊接速度與熔深。運用氬氣維護(hù)的焊件外表要比運用氦氣維護(hù)時來得光滑。
氮氣作為維護(hù)氣體最廉價，但對某些類型不銹鋼焊接時并不適用，主要是因為冶金學(xué)方面問題，如吸收，有時會在搭接區(qū)發(fā)生氣孔。
運用維護(hù)氣體的第二個作用是維護(hù)聚集透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時，因為其噴出物變得非常有力，此時維護(hù)透鏡則更為必要。
維護(hù)氣體的第三個作用是對遣散高功率激光焊接發(fā)生的等離子屏蔽很有用。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的維護(hù)氣體也會因受熱而電離。假如等離子體存在過多，激光束在某種程度上被等離子體耗費。等離子體作為第二種能量存在于作業(yè)外表，使得熔深變淺、焊接熔池外表變寬。經(jīng)過添加電子與離子和中性原子三體磕碰來添加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，磕碰頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的維護(hù)氣體，才不致因氣體自身的電離而添加電子密度。
從表可知，等離子體云尺度與選用的維護(hù)氣體不同而改變，氦氣最小，氮氣次之，運用氬氣時最大。等離子體尺度越大，熔深則越淺。形成這種不同的原因首先因為氣體分子的電離程度不同，別的也因為維護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣分散不同。
激光焊接機(jī)，又常稱為激光焊機(jī)、鐳射焊機(jī)，是資料加工激光焊接時用的機(jī)器。
（1）激光功率。激光焊接中存在一個激光能量密度閾值，低于此值，熔深很淺，一旦到達(dá)或超越此值，熔深會大幅度進(jìn)步。只有當(dāng)工件上的激光功率密度超越閾值（與資料有關(guān)），等離子體才會發(fā)生，這標(biāo)志著安穩(wěn)深熔焊的進(jìn)行。假如激光功率低于此閾值，工件僅發(fā)生外表熔化，也即焊接以安穩(wěn)熱傳導(dǎo)型進(jìn)行。而當(dāng)激光功率密度處于小孔構(gòu)成的臨界條件鄰近時，深熔焊和傳導(dǎo)焊交替進(jìn)行，成為不安穩(wěn)焊接進(jìn)程，導(dǎo)致熔深波動很大。激光深熔焊時，激光功率同時操控熔透深度和焊接速度。焊接的熔深直接與光束功率密度有關(guān)，且是入射光束功率和光束焦斑的函數(shù)。一般來說，對必定直徑的激光束，熔深隨著光束功率進(jìn)步而添加。
（2）光束焦斑。光束斑駁巨細(xì)是激光焊接的最重要變量之一，因為它決定功率密度。但對高功率激光來說，對它的丈量是一個難題，雖然已經(jīng)有許多間接丈量技能。
光束焦點衍射極限光斑尺度可以根據(jù)光衍射理論核算，但因為聚集透鏡像差的存在，實際光斑要比核算值偏大。最簡單的實測辦法是等溫度輪廓法，即用厚紙燒焦和穿透聚丙烯板后丈量焦斑和穿孔直徑。這種辦法要經(jīng)過丈量實踐，掌握好激光功率巨細(xì)和光束作用的時刻。
（3）資料吸收值。資料對激光的吸收取決于資料的一些重要功能，如吸收率、反射率、熱導(dǎo)率、熔化溫度、蒸發(fā)溫度等，其中最重要的是吸收率。
影響資料對激光光束的吸收率的因素包含兩個方面：首先是資料的電阻系數(shù)，經(jīng)過對資料拋光外表的吸收率丈量發(fā)現(xiàn)，資料吸收率與電阻系數(shù)的平方根成正比，而電阻系數(shù)又隨溫度而改變；其次，資料的外表狀態(tài)（或者光潔度）對光束吸收率有較重要影響，從而對焊接作用發(fā)生明顯作用。
CO2激光器的輸出波長通常為10.6μm，陶瓷、玻璃、橡膠、塑料等非金屬對它的吸收率在室溫就很高，而金屬資料在室溫時對它的吸收很差，直到資料一旦熔化甚至氣化，它的吸收才急劇添加。選用外表涂層或外表生成氧化膜的辦法，進(jìn)步資料對光束的吸收很有用。
（4）焊接速度。焊接速度對熔深影響較大，進(jìn)步速度會使熔深變淺，但速度過低又會導(dǎo)致資料過度熔化、工件焊穿。所以，對必定激光功率和必定厚度的某特定資料有一個合適的焊接速度范圍，并在其中相應(yīng)速度值時可獲得最大熔深。
（5）維護(hù)氣體。激光焊接進(jìn)程常運用惰性氣體來維護(hù)熔池，當(dāng)某些資料焊接可不計較外表氧化時則也可不考慮維護(hù)，但對大多數(shù)應(yīng)用場合則常運用氦、氬、氮等氣體作維護(hù)，使工件在焊接進(jìn)程中免受氧化。
氦氣不易電離（電離能量較高），可讓激光順暢經(jīng)過，光束能量不受阻止地直達(dá)工件外表。這是激光焊接時運用最有用的維護(hù)氣體，但價格比較貴。
氬氣比較廉價，密度較大，所以維護(hù)作用較好。但它易受高溫金屬等離子體電離，結(jié)果屏蔽了部分光束射向工件，減少了焊接的有用激光功率，也損害焊接速度與熔深。運用氬氣維護(hù)的焊件外表要比運用氦氣維護(hù)時來得光滑。
氮氣作為維護(hù)氣體最廉價，但對某些類型不銹鋼焊接時并不適用，主要是因為冶金學(xué)方面問題，如吸收，有時會在搭接區(qū)發(fā)生氣孔。
運用維護(hù)氣體的第二個作用是維護(hù)聚集透鏡免受金屬蒸氣污染和液體熔滴的濺射。特別在高功率激光焊接時，因為其噴出物變得非常有力，此時維護(hù)透鏡則更為必要。
維護(hù)氣體的第三個作用是對遣散高功率激光焊接發(fā)生的等離子屏蔽很有用。金屬蒸氣吸收激光束電離成等離子云，金屬蒸氣周圍的維護(hù)氣體也會因受熱而電離。假如等離子體存在過多，激光束在某種程度上被等離子體耗費。等離子體作為第二種能量存在于作業(yè)外表，使得熔深變淺、焊接熔池外表變寬。經(jīng)過添加電子與離子和中性原子三體磕碰來添加電子的復(fù)合速率，以降低等離子體中的電子密度。中性原子越輕，磕碰頻率越高，復(fù)合速率越高；另一方面，只有電離能高的維護(hù)氣體，才不致因氣體自身的電離而添加電子密度。
從表可知，等離子體云尺度與選用的維護(hù)氣體不同而改變，氦氣最小，氮氣次之，運用氬氣時最大。等離子體尺度越大，熔深則越淺。形成這種不同的原因首先因為氣體分子的電離程度不同，別的也因為維護(hù)氣體不同密度引起金屬蒸氣分散不同。
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