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激光加工中焊接和的打孔技术《资讯》

发布时间:2020-08-17 11:50:40 阅读: 来源:计算器厂家

2017-02-02 18:56:55来源: 贤集网

激光焊接

激光焊接过程是将分开的两块材料的边缘熔化,在冷却时它们便凝结在一起,由于在连接过程中像氧化物这类杂质被焊接到表面上,因此激光焊接比普通焊接方法牢固。激光焊接可分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。在连续的激光焊接中又可分为热传导焊接和深穿焊接。随着激光器输出功率的提高,特别是数千瓦级高功率连续CO2激光器的发展,激光深穿焊接已迅速发展起来,输出功率达20 kW的CO2激光器,焊接穿透深度可达19 mm,用77 kW的CO2激光器焊接,最大焊接深度可达2 in(50.8 mm)。高功率激光深穿焊接具有广泛的应用前景,特别是在机械制造、造船及国防工业上起很重要的作用。

与连续热传导激光焊接(104~105 W/cm2的功率密度)不同的是激光深穿焊接是采用105~107 W/cm2的高功率密度,焊接时金属表面的温度很高,其热量不能单靠热传导、对流、辐射从激光入射点处排走,而使作用点处的金属达到汽化,因而在材料中会形成“孔穴”。材料内的金属蒸气压有力地支持着“孔穴”周围液态金属。后续的激光束作用在“孔穴”中,通过孔壁的多次反射,使激光束直接进入金属内部,并逐步使“孔穴”加深。深穿焊接的焊接深宽比可达10:1以上,而热传导焊接的深宽比为3:1。

焊接时,在“孔穴”内形成的高压金属蒸气温度很高,在向“孔穴”外喷射后使得“孔穴”表面的气体离化形成等离子体。等离子体形成后反过来又屏蔽后继的激光束,使激光束功率密度降低,这对得到深宽比大的焊接影响很大,严重时不能产生深穿焊接效应。因而在激光深穿焊接中,抑制或吹开等离子体是一个很重要的问题。在激光焊接中要考虑的另一个重要问题是,必须提供足够的功率使材料熔化,但又不能使它汽化。所以对于铬和钽这样的材料,其熔点和沸点很接近,就不易用激光焊接,必须十分小心地控制激光束功率才能焊接好这些金属。而对金、铜和镍等金属,由于它们的熔点和沸点相差较远,焊接就比较容易。另外,焊接金属时还会碰到的困难是大多数金属的吸收率随温度上升而提高,因此,焊接工件时,由于对激光的吸收常常是一种不稳定状态,为避免汽化。光束功率和照射时间就必须严格控制。

激光打孔

与激光焊接相比,激光打孔装置要求聚焦后激光束的功率密度更高,能把材料加热到汽化温度,利用汽化蒸发把加工部分的材料除去。激光打孔机用的激光器主要有红宝石、钕玻璃、Nd:YAG和CO2激光器等,一般用光学系统将光斑尺寸聚焦到几微米到几十微米。采用调Q脉冲,功率密度达到108~1010 W/cm2,可对各种材料加工小孔和微孔,特别适合在高熔点、高硬度的材料上打细小的深孔。从深径比来看,用激光打出的孔,其深度与孔径之比,可高达50以上,这是用其他加工的方法难以达到的。

激光打孔有一定的质量指标,如孔的大小、孔的深度、孔的垂直度以及孔的几何形状(圆度和锥度)。孔的深度,由3个因素决定:①孔深正比于脉冲能量。②孔深与聚焦透镜的焦距,有关,一般来讲,当激光能量不变时,短焦距透镜打出的孔要比长焦距透镜打出的孔深些。③孔深还与激光模式有关。在其他条件相同的情况下,基横模激光打出的孔要比多横模激光打出的孔深得多。孔的准直度指所打孔的轴线与工件表面相垂直,要做到这一点除需要保证工件表面与透镜焦平面平行,还要求激光束垂直地通过透镜的中心。孔的几何形状,从上向下看是指孔的圆度,从侧面看是指孑L的锥度。一般来说,只有在基横模激光的作用下,才可能得到圆的孔、孔的锥度小且深度深。

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