了解激光焊接头的本质

2019-04-24 10:18:24 金晓


激光焊接头焊接可根据激光输出能量的不同方式分为脉冲激光点焊和连续激光焊接(包括高频脉冲连续焊接)。根据焦点的功率密度,可分为熔焊和小孔焊。


熔焊是指在激光头上的功率密度不高的条件下加热时金属材料的表面不会超过其沸点。在吸收的激光能量转换成热能后,工件通过热传导而熔化,其穿透轮廓近似为半球形。该传热熔焊工艺类似于非自耗电极电弧焊。


小孔焊接头焊接是指激光头所发出的光斑上的功率密度足够大,金属在激光头所发射的光照射下快速加热,表面温度在短时间内上升到沸点,金属蒸发。金属蒸气以一定的速度离开熔池表面。产生额外的压力以使熔融金属反应并使其向下倾斜,从而在激光头的作用下产生小凹坑。随着加热过程的进行,激光头所发出的光可以直接注入凹坑底部,形成细长的小孔。当金属蒸汽的反冲压力与液态金属的表面张力和重力平衡时,孔隙将不再进一步。当光斑的功率密度大时,产生的小孔将穿透板的整个厚度以形成穿透焊缝(或点)。在连续激光焊接头焊接中,小孔沿焊接方向前进,使梁相对于工件。金属在孔前面熔化,围绕孔向后流动,并再次凝结形成焊缝。


当激光焊接头焊接过程中的等离子云在高功率密度条件下进行激光焊接头焊接时,可以发现激光和金属作用区域的金属蒸发极强,小孔连续产生红色金属蒸汽,同时在金属表面上的熔池上方存在蓝色等离子云,其与小孔一起产生。


焊接头ND61


等离子云的产生与激光的功率密度,待焊金属的性质,保护气体等有关。此外,它还会对焊接过程产生不利影响,从而降低激光头能量。金属表面减少了焊接渗透并加宽了焊接表面,使焊接过程不稳定。


克服焊接过程中等离子云影响的一种常用方法是通过喷嘴将惰性气体吹到熔池表面,气体的机械吹气力可用于驱动等离子云远离熔池上方。低温气体还可用于降低熔池上方的高温气体的温度并抑制产生等离子云的高温条件。也可以采用高频脉冲激光焊接头焊接,使得每个激光头的激光脉冲的加热时间小于形成更多离子云(约0.5ms)的时间,并且在产生等离子云之前完成焊接加热。此外,高频焊接头或带波段激光头也可用于焊接,这对减少等离子云对焊接过程的干扰也起到一定的作用。目前,还有用于去除等离子云的装置,其包括控制主机和与控制主机电连接的感应线圈,其中感应线圈直接位于等离子云上方,并且主机控制感应线圈以产生交变磁场,用于快速去除等离子体云。


使用长焦距聚焦镜进行激光焊接和切割是不合适的。也就是说,焦平面中的光束直径D与透镜的焦距F和光束发散角θ(d =fθ)有关。为了在激光焊接头焊接和切割头切割期间获得足够高的功率密度,通常不允许光束发散角太大或者不使用长焦距聚焦镜。激光熔焊不适合高校焊接。由于激光熔焊通过热传导将激光头的激光能量传递到工件中,激光头的激光能量利用率低,焊接速度慢,穿透深度浅,焊接厚板工件难度大。激光深熔焊的特点是产生小孔。通过等离子体和孔壁的多次反射,进入小孔的激光头激光几乎被完全吸收,能量利用率高,焊接深度大,焊接速度快。它是一种高效的焊接方法,适用于厚板焊接和小孔效应的高速薄板焊接。


出于安全原因,应在激光焊接头焊接现场的入口处悬挂适当的警告标志。激光头的激光光束传输路径需要高于人的高度并在封闭的管道中传输。当激光器或脉冲发生器的电容器接通充电时,应发出声光警告。当激光工作时,避免激光辐射直接或漫反射到眼睛和皮上。如果条件允许,工作场地应关闭,只留下观察井,观察井和衰减装置。操作人员应在封闭的盖子外面或远程操作。工作场所应配备通风装置和消防安全装置等。



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