脉冲激光焊接工艺幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脉冲激光焊接工艺,1,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,。,2,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,23.7I,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。,3,激光波形解释,脉宽,5ms,频率,1000/20=50Hz,峰值功率,1KW,平均功率,1520,250W,1,4,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。,5,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：等于频率乘以点距。,6,表面对接焊点距说明,7,穿透焊点距说明,8,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,9,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。,10,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,3.510,4,W/cm,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,6.310,4,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,。,11,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：,金属,熔点,Ic1,（,W/cm2,）,沸点,Ic2,（,W/cm2,）,铜,1083,110000,2300,234000,铝,660,41000,2062,130000,铁,1539,87000,2700,150000,锌,491,25000,906,45000,钛,1800,30000,3200,53000,不锈钢,1500,35000,2700,63000,12,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。,温度太低,气化,13,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不变，则注入能量随时间的变化大概如下图所示：,不考虑反射率,考虑反射率,14,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：,预热,缓冷,15,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。,16,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熔深，正离焦会得到更好的表面效果。,4,、离焦量为,0,时，焊接对高度最不敏感。,5,、采用何种离焦方式，要视具体情况而定。,17,聚焦镜焦距的影响,从,D,f,，得知,聚焦镜焦距越小，焦点光斑直径越小，穿透力越强，对高度也越敏感。,18,