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激光焊接质量影响参数分析

2018-08-22 17:13:00
陆启蒙
原创
1955

激光焊接的质量产生直接影响的参数包括: 激光脉冲的能量、 激光光斑直径、激光脉冲的频率、激光的脉宽、激光的脉冲波形、被焊材料的相对光吸收率、焊接速度、保护气体等。

激光脉冲的能量

是指单个激光脉冲能最大输出的能量,单位是J(焦耳)。这是 激光器的一个主要参数,它决定了激光器所能产生的最大能量,按照模具修复的用途来说,激光能量在70J以下已经能满足任何场合的需要了,再大的能量也是白费,或根本用不上,而且带来 激光电源体积和散热器体积的不断增大,降低了 电源的使用效率。

激光光斑聚焦直径

这是反映激光器设计性能的一个极为重要的参数,单位是(mm),它决定了激光的 功率密度和加工范围。如果激光器的 光学设计合理先进,激光能量集中,聚焦准确,能把激光光斑直径控制在0.2mm-2mm的范围,而能否把激光的聚焦直径控制在0.2mm是对激光发生器的一个严格的考验。国内一般设计的激光器,由于只想降低成本,因此,激光的器件加工简陋,设计并不严谨,激光在谐振腔里发散严重,导致难以准确聚焦,其激光器输出的激光光斑直径根本达不到标称的0.2mm,而只能最小达到0.5mm,而由于激光的发散,令输出的激光束不能呈规则的圆形,这就造成了激光实际照射区域过大,出现烧蚀焊缝的现象,即在焊缝的两端出现不必要的激光照射而令焊缝两端呈现凹陷,这种现象对于修补已经抛光的模具影响尤为严重,有时甚至会令模具报废。同普公司的激光器设计精良,选料严格,精心调试,使其激光器输出的光束光斑直径能进行精密的监控,使聚焦光斑的大小最小能达到0.2mm,并能在0.2mm和2mm的范围里进行无级调节,达到国际的先进水平。

激光脉冲的频率

这是反映激光器在一秒内能打出多少个脉冲的能力,单位是(Hz)。首先需要说明的是,焊接金属是使用激光的的能量,而在激光功率恒定的情况下,频率越高,每个激光输出的能量就越小,因此,我们需要在保证激光的能量足够熔化金属的情况下,考虑加工的速度,才能定出激光的输出频率。在激光修补磨具的场合,15Hz已经能满足焊接的需要了,过高的频率势必造成激光的脉冲能量过低,从而造成焊接失败。

激光的脉冲波形

对于采用脉冲激光进行焊接的加工,激光脉冲波形在脉冲 激光焊接中是一个重要的问题。当高强度的激光入射至材料的表面时,金属表面会将60%~98%的激光能量反射掉,且反射率随表面温度变化。因此,不同的金属对于激光的反射率和激光的利用率都不一样,要进行有效的焊接就必须输入不同波形的激光,这样焊缝处的金属组织才能在最佳的方式结晶,形成与基体金属一致的组织,才能形成高质量的焊缝。国内一般的机器都采用廉价的单波形激光电源,因此,其焊接的柔性较低,难以适应多种模具材料的焊接,并且经常要进行返工,大大浪费了 焊接材料的时间,并可能造成模具的报废。不同的金属材料表面对激光的反射和吸收程度差别很大,而同一束激光对不同的金属会产生不同的焊接效果,并影响其熔深、焊接速度、结晶速度和硬度,因此单一的矩形波焊接并不能解决不同的模具金属焊接的要求。同普TPM智能激光模具修补焊机采用国内独有的智能波形技术,达到激光焊接系统的高度柔性化,能根据不同的应用场合而调整波形,使焊缝的金属组织与基体金属一致,模具或者金属零件焊补后,焊缝硬度达到HRC50-HRC58,真正达到无损焊接,大大提高了补焊的质量。


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