激光焊接系統由激光器、傳輸光纖、準直聚焦頭或振鏡等組成。光纖發出的光是發散的,需要準直透鏡將激光轉換成平行光,再通過聚焦透鏡轉換成聚焦狀態(放大鏡效應)。在激光工藝調試過程中,關鍵參數有:功率、速度、離焦量、保護氣體等。
一般來說,在確定一個工件選擇什么參數之前,首先要確定加工速度,這個需要和客戶溝通。這要看客戶的需求,比如生產有節拍要求和產量要求,我們可以回去大概需要多少速度,然后在這個基礎上做工藝調試。
激光焊接機主要參數有哪些?
一般來說,激光焊接的工藝參數包括功率密度、激光脈沖波形、激光脈沖寬度、離焦量、焊接速度和保護氣體等。圖1顯示了激光焊接的主要工藝參數。
1.功率密度:功率密度是激光加工中最關鍵的參數之一。在較高的功率密度下,表層可以被加熱到微秒時間范圍內的沸點,導致大量汽化。因此,高功率密度非常有利于打孔、切割、雕刻等材料去除加工。對于低功率密度,表面層溫度達到沸點需要幾毫秒。表層汽化前,底層達到熔點,容易形成良好的熔焊。
2.激光脈沖的波形:當高強度激光束照射到材料表面時,60 ~ 98%的激光能量會在金屬表面反射和損耗,特別是金、銀、銅、鋁、鈦等反射強、傳熱快的材料。在激光脈沖信號的過程中,金屬的反射率隨時間而變化。當材料表面溫度上升到熔點時,反射率會迅速下降,當表面處于熔融狀態時,反射率會穩定在某個值。
3.激光脈沖寬度:脈寬是脈沖激光焊接的一個重要參數。根據脈寬穿透深度和熱影響區的劃分,脈寬越長,熱影響區越大,穿透深度隨脈寬的1/2次冪增加,但脈沖寬度的增加會降低峰值功率。因此,增大脈沖寬度一般用于熱傳導焊接,形成的焊縫寬而淺,特別適用于薄板和厚板的搭接焊。但是,較低的峰值功率會導致多余的熱輸入,每種材料都有一個最佳的脈沖寬度,可以最大限度地穿透[2]。
4.離焦量:激光焊接通常需要一定的離焦量,因為激光焦點處光斑中心的功率密度太高,容易蒸發成孔洞。功率密度分布在遠離激光焦點的每個平面上相對均勻。有兩種散焦模式:正離散焦和負散焦。工件上方的焦平面為正離焦點,否則為負散焦。根據幾何光學理論,當正負離焦平面與焊接平面的距離相等時,對應平面上的功率密度大致相同,但實際上熔池形狀存在一定差異。當負散焦發生時,可以獲得較大的熔深,這與熔池的形成過程有關。
5.焊接速度:焊接速度對熔深影響很大。提高速度會使熔深變淺,但過低的速度會導致材料過度熔化和工件的焊接熔深。因此,對于一定激光功率、一定厚度的特定材料,存在一個合適的焊接速度范圍,在相應的速度值下可以獲得最大熔深。
6.保護氣體:保護氣體有很多種。為了控制成本,工業裝配線通常使用氮氣、實驗室氬氣和氦氣等惰性氣體。一般這兩種都是特殊場合常用的。因為激光焊接過程是高溫下劇烈反應的過程,金屬熔化蒸發,金屬在高溫下極其活躍。一旦遇到氧氣,就會產生劇烈反應,表現為大量飛濺和焊縫表面粗糙。因此,保護氣體在小范圍內(接近m