激光焊按激光器輸出能量方式的不同可分為脈沖激光點(diǎn)焊和連續(xù)激光焊(包括高頻脈沖連續(xù)焊)。按聚焦后光斑上的功率密度不同可分為熔化焊和小孔焊。
熔化焊是在激光光斑上的功率密度不高的情況下,金屬材料的表面在加熱時(shí)不會(huì)超過(guò)其沸點(diǎn)。所吸收的激光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?通過(guò)熱傳導(dǎo)將工件熔化,其熔深輪廓近似為半球形。這種傳熱熔化焊過(guò)程類(lèi)似于非熔化極電弧焊。
小孔焊是當(dāng)激光光斑上的功率密度足夠大時(shí),金屬在激光的照射下被迅速加熱,其表面溫度在極短的時(shí)間內(nèi)升高到沸點(diǎn),金屬發(fā)生氣化。金屬蒸汽以一定的速度離開(kāi)熔池表面。產(chǎn)生一個(gè)附加壓力反作用于熔化的金屬,使其向下凹陷,在激光光斑作用下產(chǎn)生一個(gè)小凹坑。隨著加熱過(guò)程的進(jìn)行,激光可直接射入坑底形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的小孔。當(dāng)金屬蒸汽的反沖壓力與液態(tài)金屬表面張力和重力平衡后,小孔不再繼續(xù)深入。當(dāng)光斑功率密度和大時(shí),所產(chǎn)生的小孔將貫穿整個(gè)板厚,形成穿透焊縫(或焊點(diǎn))。在連續(xù)激光焊時(shí),小孔隨著光束相對(duì)于工件而沿焊接方向前進(jìn)。金屬在小孔前方熔化,繞過(guò)小孔流向后方后,重新凝結(jié)形成焊縫。
激光焊過(guò)程中的等離子云在高功率密度的條件下進(jìn)行激光焊時(shí),可以發(fā)現(xiàn):激光與金屬作用區(qū)域里,金屬蒸發(fā)極為激烈,不斷有紅色金屬蒸汽逸出小孔,而在金屬表面的熔池上方存在著一個(gè)藍(lán)色的等離子云,它伴隨著小孔而產(chǎn)生。
由于等離子云的產(chǎn)生與激光的功率密度、被焊金屬性質(zhì)、保護(hù)氣等有關(guān)。并且對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生不利的影響,會(huì)使金屬表面得到的激光能量減少,焊接熔深減小,焊縫表面增寬,焊接過(guò)程不穩(wěn)定。
焊接過(guò)程中克服等離子云影響的常用方法是通過(guò)噴嘴對(duì)熔池表面吹惰性氣體,可以利用氣體的機(jī)械吹力驅(qū)除等離子云使其偏離熔池上方。還可以利用較低溫的氣體降低熔池上方高溫氣體的溫度,抑制產(chǎn)生等離子云的高溫條件。也可以采用高頻脈沖激光焊,使每個(gè)激光脈沖的加熱時(shí)間少于更離子云形成的時(shí)間(約0.5ms),則等離子云還未生成焊接加熱已結(jié)束。另外還可以采用高速焊或叫段波長(zhǎng)的激光進(jìn)行焊接，對(duì)減輕等離子云對(duì)焊接過(guò)程的干擾也有一定的作用?，F(xiàn)在還有去處等離子云的設(shè)備,包括控制主機(jī)以及與所述控制主機(jī)通過(guò)電連接的感應(yīng)線圈,所述感應(yīng)線圈位于等離子云正上方,主機(jī)控制感應(yīng)線圈產(chǎn)生用于快速去除等離子云的交變磁場(chǎng)。
激光焊接與切割不宜使用長(zhǎng)焦距聚焦鏡。也就是說(shuō)，在焦平面上的光束直徑d與透鏡焦距f和光束發(fā)散角θ有關(guān)（d=fθ）,在激光焊接與切割時(shí)，為獲得足夠高的功率密度，一般不允許光束發(fā)散角過(guò)大，也不使用長(zhǎng)焦距聚焦鏡。在高校焊接中不宜采用激光熔焊方法。因?yàn)榧す馊酆甘峭ㄟ^(guò)熱傳導(dǎo)方式將激光能量向工件內(nèi)部傳輸，激光能利用率較低，焊接速度較慢，熔深較淺，不易焊接厚板工件。激光深熔焊以產(chǎn)生的小孔為特征，進(jìn)入小孔的激光通過(guò)等離子體和孔壁的多次反射而幾乎完全被吸收，能量利用率高，焊縫熔深大，焊速快，是一種高效的焊接方法，適于厚板焊接和有小孔效應(yīng)的高速薄板焊接。
為了安全起見(jiàn)，在激光焊接場(chǎng)地的入口處應(yīng)掛上相應(yīng)的警示標(biāo)志。激光的光束傳輸路線要求高于人的身高并在封閉管道中進(jìn)行傳輸。當(dāng)打開(kāi)激光器或?qū)γ}沖器的電容器充電時(shí)，要給出聲光警告。在激光器工作時(shí)，避免眼合和皮膚受激光輻射直射或漫反射照射，有條件時(shí)應(yīng)將工作場(chǎng)地封閉，只留有觀察孔，觀察孔帶有衰減裝置，操作人員在封閉罩外或遙控操作。工作場(chǎng)所應(yīng)裝有通風(fēng)裝置及防火安全裝置等。
熔化焊是在激光光斑上的功率密度不高的情況下,金屬材料的表面在加熱時(shí)不會(huì)超過(guò)其沸點(diǎn)。所吸收的激光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎?通過(guò)熱傳導(dǎo)將工件熔化,其熔深輪廓近似為半球形。這種傳熱熔化焊過(guò)程類(lèi)似于非熔化極電弧焊。
小孔焊是當(dāng)激光光斑上的功率密度足夠大時(shí),金屬在激光的照射下被迅速加熱,其表面溫度在極短的時(shí)間內(nèi)升高到沸點(diǎn),金屬發(fā)生氣化。金屬蒸汽以一定的速度離開(kāi)熔池表面。產(chǎn)生一個(gè)附加壓力反作用于熔化的金屬,使其向下凹陷,在激光光斑作用下產(chǎn)生一個(gè)小凹坑。隨著加熱過(guò)程的進(jìn)行,激光可直接射入坑底形成一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的小孔。當(dāng)金屬蒸汽的反沖壓力與液態(tài)金屬表面張力和重力平衡后,小孔不再繼續(xù)深入。當(dāng)光斑功率密度和大時(shí),所產(chǎn)生的小孔將貫穿整個(gè)板厚,形成穿透焊縫(或焊點(diǎn))。在連續(xù)激光焊時(shí),小孔隨著光束相對(duì)于工件而沿焊接方向前進(jìn)。金屬在小孔前方熔化,繞過(guò)小孔流向后方后,重新凝結(jié)形成焊縫。
激光焊過(guò)程中的等離子云在高功率密度的條件下進(jìn)行激光焊時(shí),可以發(fā)現(xiàn):激光與金屬作用區(qū)域里,金屬蒸發(fā)極為激烈,不斷有紅色金屬蒸汽逸出小孔,而在金屬表面的熔池上方存在著一個(gè)藍(lán)色的等離子云,它伴隨著小孔而產(chǎn)生。
由于等離子云的產(chǎn)生與激光的功率密度、被焊金屬性質(zhì)、保護(hù)氣等有關(guān)。并且對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生不利的影響,會(huì)使金屬表面得到的激光能量減少,焊接熔深減小,焊縫表面增寬,焊接過(guò)程不穩(wěn)定。
焊接過(guò)程中克服等離子云影響的常用方法是通過(guò)噴嘴對(duì)熔池表面吹惰性氣體,可以利用氣體的機(jī)械吹力驅(qū)除等離子云使其偏離熔池上方。還可以利用較低溫的氣體降低熔池上方高溫氣體的溫度,抑制產(chǎn)生等離子云的高溫條件。也可以采用高頻脈沖激光焊,使每個(gè)激光脈沖的加熱時(shí)間少于更離子云形成的時(shí)間(約0.5ms),則等離子云還未生成焊接加熱已結(jié)束。另外還可以采用高速焊或叫段波長(zhǎng)的激光進(jìn)行焊接，對(duì)減輕等離子云對(duì)焊接過(guò)程的干擾也有一定的作用?，F(xiàn)在還有去處等離子云的設(shè)備,包括控制主機(jī)以及與所述控制主機(jī)通過(guò)電連接的感應(yīng)線圈,所述感應(yīng)線圈位于等離子云正上方,主機(jī)控制感應(yīng)線圈產(chǎn)生用于快速去除等離子云的交變磁場(chǎng)。
激光焊接與切割不宜使用長(zhǎng)焦距聚焦鏡。也就是說(shuō)，在焦平面上的光束直徑d與透鏡焦距f和光束發(fā)散角θ有關(guān)（d=fθ）,在激光焊接與切割時(shí)，為獲得足夠高的功率密度，一般不允許光束發(fā)散角過(guò)大，也不使用長(zhǎng)焦距聚焦鏡。在高校焊接中不宜采用激光熔焊方法。因?yàn)榧す馊酆甘峭ㄟ^(guò)熱傳導(dǎo)方式將激光能量向工件內(nèi)部傳輸，激光能利用率較低，焊接速度較慢，熔深較淺，不易焊接厚板工件。激光深熔焊以產(chǎn)生的小孔為特征，進(jìn)入小孔的激光通過(guò)等離子體和孔壁的多次反射而幾乎完全被吸收，能量利用率高，焊縫熔深大，焊速快，是一種高效的焊接方法，適于厚板焊接和有小孔效應(yīng)的高速薄板焊接。
為了安全起見(jiàn)，在激光焊接場(chǎng)地的入口處應(yīng)掛上相應(yīng)的警示標(biāo)志。激光的光束傳輸路線要求高于人的身高并在封閉管道中進(jìn)行傳輸。當(dāng)打開(kāi)激光器或?qū)γ}沖器的電容器充電時(shí)，要給出聲光警告。在激光器工作時(shí)，避免眼合和皮膚受激光輻射直射或漫反射照射，有條件時(shí)應(yīng)將工作場(chǎng)地封閉，只留有觀察孔，觀察孔帶有衰減裝置，操作人員在封閉罩外或遙控操作。工作場(chǎng)所應(yīng)裝有通風(fēng)裝置及防火安全裝置等。
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