脉冲激光焊接工艺

1、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,I,3/2,2,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

2、率,1000/20=50Hz,峰值功率,1KW,平均功率,1,5,20,250W,1,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,10,4,W/cm,2,10,5,W/cm,2,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

3、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,3.5,10,4,W/c

4、m,2,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,6.3,10,4,W/cm,2,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,熔点,Ic1,W/cm2,金属,沸点,Ic2,W/cm2,铜,铝,铁,锌,1083,6

5、60,1539,491,110000,41000,87000,25000,2300,2062,2700,906,234000,130000,150000,45000,钛,不锈钢,1800,1500,30000,35000,3200,2700,53000,63000,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,100,80,60,40,20,0,0,气化,温度太低,2,4,6,8,10,12,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

6、不变，则注入能量随时间的变化大,概如下图所示,100,80,60,40,20,0,0,2,4,6,8,10,12,考虑反射率,不考虑反射率,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,100,80,60,40,20,0,0,0.5,1,1.5,2,2.5,100,80,60,40,20,0,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,预热,缓冷,脉宽的影响,1,设注入功率为,I,0,时，需要时间,t,0,后表面温度达,到,T,熔深为,h,0,功率为,I,1,时需要时间为,t,1,熔深,为,h,1,则有,I,0,I,1,(t,1,t,0,1/2,h,1,h,0,(t,1,t,0,1/2,2,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