激光焊接機應用之激光深熔焊原理

激光焊接機的深熔焊通常使用光纖連續(xù)激光束來完成材料的連接。冶金物理過程與電子束焊接非常相似，也就是說，能量轉換機制是通過“鑰匙孔”結構完成的。
 
當足夠高的功率密度激光照射下，材料蒸發(fā)并形成小孔。這個充滿蒸汽的孔就像一個黑體，吸收了幾乎所有入射光束能量。空腔中的平衡溫度達到約2500°C。熱量從高溫腔的外壁傳遞，以熔化腔周圍的金屬。小孔中充滿了高溫蒸汽，該高溫蒸汽是在射線束照射下壁材連續(xù)蒸發(fā)所產生的。小孔的四個壁被熔融金屬包圍，液態(tài)金屬被固體材料包圍。在大多數(shù)常規(guī)焊接工藝和激光傳導焊接中，能量首先沉積在工件表面，然后傳輸?shù)焦ぜ砻妗？妆谕獠康囊后w流動和壁層的表面張力與空腔中連續(xù)產生的蒸汽壓力保持動態(tài)平衡。光束連續(xù)進入小孔，小孔外面的物料連續(xù)流動。隨著光束的移動，小孔始終處于穩(wěn)定的流動狀態(tài)。換句話說，小孔和圍繞孔壁的熔融金屬以引導光束的前進速度向前移動，熔融金屬填充小孔留下的間隙并凝結，形成焊縫。以上所有過程的發(fā)生都非常快，以至于焊接速度很容易達到每分鐘幾米。
 

 
激光深熔焊的主要工藝參數(shù)
 
1、光束焦點。束斑尺寸是激光焊接中最重要的變量之一，因為它決定了功率密度。但是對于大功率激光器，盡管有許多間接測量技術，但其測量仍然是一個難題。
 
可以根據(jù)光衍射理論來計算光束聚焦衍射極限光斑尺寸，但是由于聚焦透鏡的像差，實際光斑尺寸大于計算值。最簡單的實際測量方法是等溫輪廓法，該方法使用厚紙燒焦并穿透聚丙烯板以測量焦點和穿孔直徑。該方法應通過測量來實踐，以掌握激光功率和光束作用時間。
 
2、激光功率。激光焊接中有一個激光能量密度閾值。低于該值，穿透深度非常淺。一旦達到或超過該值，穿透深度將大大增加。僅當工件上的激光功率密度超過閾值時，才會生成等離子體，這標志著穩(wěn)定的深熔焊的進展。如果激光功率低于該閾值，則僅發(fā)生工件的表面熔化，即以穩(wěn)定的導熱率類型進行焊接。當激光功率密度接近于形成小孔的臨界條件時，深熔焊和傳導焊會交替變成不穩(wěn)定的焊接過程，從而導致熔深的大幅度波動。在激光深熔焊中激光功率同時控制熔深和焊接速度。焊接熔深與光束功率密度直接相關，并且是入射光束功率和光束焦點的函數(shù)。一般而言，對于具有一定直徑的激光束，穿透深度隨著光束功率的增加而增加。
 
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