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激光焊接工艺特点

   影响激光焊接质量的工艺参数比较多,如功率密度、光束特性、离焦量、焊接速度、激光脉冲波形和辅助吹气等。

1、功率密度

  功率密度是激光焊接中最关键的参数之一。

        采用较高的功率密度,在几微秒时间内,可迅速将金属加热至熔点,形成良好的熔融焊接。

        功率密度由峰值功率和焊点面积决定。功率密度=峰值功率÷焊点面积,在焊接高反射材料如铝,铜时,需要提高功率密度,也就是设定较大的电流或者功率,尽量在焦点附近焊接。

2、激光脉冲波形

        激光脉冲波形在激光焊接中十分重要( 尤其是对薄片焊接) 。当高强度激光束射至材料表面时,金属表面将会有60% ~90%的激光能量因反射而损失掉,且反射率随表面温度不同而改变。在一个激光脉冲作用期间内,金属反射率的变化很大。

         金属材料在固态时,对激光的反射率较大,一旦材料表面熔化后,反射率降低,吸收率增加,可以缓慢降低电流或者功率。所以脉冲波形通常如下:

image.pngimage.png

段号

电流(A

脉宽(ms

1

180

1.0

2

130

2.0

3

70

2.0

3、离焦量

  离焦量是指工件表面偏离焦平面的距离。离焦位置直接影响拼焊时的小孔效应。离焦方式有两种:正离焦和负离焦。焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。当正负离焦量相等时,所对应平面的功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50~200μs时材料开始熔化,形成液相金属并出现部分汽化,形成高压蒸气,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度气体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、气化,使光能向材料更深处传递。所以实际应用中熔深较大时,应采用负离焦,焊接薄材料时宜采用正离焦。

 焦点位置:    光斑最小、能量最大点;点焊时可以使      用,或者小能量且要求点小的时候

 负离焦位置: 光斑略大,越远离焦点光斑越大,适合深熔的连续焊接及深熔点焊

 正离焦位置:光斑略大,越远离焦点光斑越大,适合便面密封焊的连续焊接或者熔深要求不高的场合

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4、焊接速度

  焊接速度决定了焊接表面质量、熔深、热影响区等。可以通过降低焊接速度或增大焊接电流来改善熔深。通常采用降低焊接速度的方法来改善熔深,以延长设备使用寿命。

5 、辅助吹气

  辅助吹气在高功率激光焊接中是必不可少的一道工序。一方面是为了防止金属材料溅射而污染聚焦镜(同轴保护气) ;另一方面是为了防止焊接过程中产生的高温等离子体过多集聚,阻挡激光到达材料表面(侧吹气) ;第三方面是吹保护气隔绝空气,达到保护焊接熔池不被氧化的效果。辅助气体的种类和吹气量大小对焊接结果有较大影响,不同的吹气方法也会对焊接质量产生一定的影响。

6、光纤和焊接头配置

       D焦点直径=D光纤直径 X f聚焦焦距/f准直聚焦

      例子: D光纤直径=0.6mm    f聚焦焦距=120mm   f准直聚焦=150mm

                    D焦点直径=0.6X120/150=0.48mm

         根据产品的材料、厚度、熔深和配合间隙来确定具体的配置。

        长聚焦特点:

         1、工作距离较大,可以避免治具的干涉,减小产品高度的波动影响,降低飞溅物对保护镜片的污染。

         2、如达到同样的熔深,需要加大设备的功率。


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