焊接头激光加工的原理

2019-05-06 10:21:24 金晓


激光头加工技术是利用激光束与物质之间的相互作用来切割,焊接,表面处理,冲压和微机械材料(包括金属和非金属)的技术。激光头加工作为一种先进的制造技术设备,已广泛应用于汽车,电子,电器,航空,冶金,机械制造等行业。它在提高产品质量和劳动生产率,自动化,无污染和减少材料消耗方面发挥着越来越重要的作用。


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焊接头激光加工

焊接头的激光加工是一种加工方法,它使用聚焦激光束作为热源轰击工件,熔化金属或非金属工件,形成小孔,切口,连接,包层等。激光加工本质上是一个相互作用的过程。在显微镜下,它是一个量子过程。在宏观上,它被反射,吸收,加热,熔化和蒸发。

在具有不同功率密度的激光头光束的照射下,材料的表面区域发生了各种变化,包括表面温度升高,熔化,气化,孔隙的形成和光致等离子体的产生。


1. 激光焊接头功率密度小于数量级

当激光头功率密度小于数量级时,金属对激光头能量的吸收仅导致材料表面温度的增加,但固相保持不变。主要用于表面热处理,相变硬化处理或部分钎焊。当激光头功率密度在数量级内时,产生热传导型加热,材料表面层熔化,主要用于表面重熔,合金化,包覆和热传导型焊接(如板材高 - 速焊和精密点焊等)。


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2. 激光焊接头功率密度达到数量级

当激光焊接头功率密度达到数量级时,在激光头光束照射下,激光焊接头热源的中心加热温度达到金属的沸点,形成等离子体蒸气和强气化,并在气化膨胀压力的作用下,液体表面向下凹陷,形成深层融化的毛孔;同时,金属蒸汽在激光焊接头光束的作用下电离,产生光致等离子体。该阶段主要用于激光束深熔焊接,切割和钻孔。

3. 激光焊接头光束功率密度大于数量级

当激光束的功率密度大于数量级时,光致等离子体将沿着激光束的入射方向传播,形成等离子体云团,这将导致等离子体对激光器的屏蔽。该阶段仅适用于钻孔,冲击硬化和其他脉冲激光加工。

激光焊接头的技术人员使用高功率密度激光束照射工件以熔化和蒸发材料,以进行特殊加工,如冲压,切割和焊接。由于功率低,早期的激光加工主要用于钻小孔和微焊。到20世纪70年代,随着高功率二氧化碳激光器,高重复率钇铝石榴石激光器的出现,以及对激光头加工机理和技术的深入研究,激光焊接头加工技术取得了长足的进步,其应用范围也相应扩大。几千瓦激光加工设备的出现,结合光电跟踪,计算机数字控制,工业焊接机器人等技术,极大地提高了激光头加工的自动化水平和使用功能。

激光头加工设备由四部分组成,即激光,光学系统,机械系统,控制和检测系统。激光输出的高强度激光束通过透镜聚焦在工件上,聚焦时的功率密度可以达到10000摄氏度以上,任何材料都会瞬间熔化和蒸发。激光加工利用这种光能的热效应来焊接,冲压和切割材料。通常用于加工的激光器主要是YAG固态激光器和二氧化碳气体激光器。由于二氧化碳激光器具有结构简单,输出功率范围大,能量转换效率高的优点,可广泛应用于材料的激光加工。



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