激光焊接LBW的优势——激光加工(2)

1 . 前言:

激光焊接根据功率密度的不同,分为传导型焊接和锁孔深熔焊接。功率密度小于104-105 W/cm2为热传导焊,此时熔深浅、焊接速度慢;功率密度大于105-107 W/cm2时,金属表面受热作用下凹成“孔穴”,形成深熔焊,具有焊接速度快、深宽比大的特点。

传导型焊接:激光束辐射加热待加工工件表面,表面温度升高,通过热传导使得表层一下一定深度受热,在一定的激光工艺参数(如激光功率,脉冲宽度等)得到特定的熔池,通过激光束的移动,达到焊接工件的目的

锁孔深熔焊:当激光功率密度达到特定值,待加工工件表面材料汽化形成小孔,吸收了激光能量的小孔内部温度很高,使得其周围金属熔化。孔壁外液体流动和壁层表面张力与孔腔内连续产生的蒸汽压力相持并保持着动态平衡。小孔随着激光束的移动而移动,液态金属向反方向流动填充小孔移开后留下的空隙,并冷却形成焊缝。

激光焊接LBW的优势——激光加工(2)

++优点:

(1)激光焊接属于非接触性焊接过程,机具的损耗与变形可降至最低。

(2)焊缝窄,熔深比大,焊接接头热影响区小,焊后工件变形小。

(3)不需要在真空条件下进行,焊接不受磁场影响。(比之于电子束焊)

(4)激光束可以聚焦到很小的区域,适合进行小型件的焊接。

(5)可焊材质范围大,能够实现难焊金属的焊接,可用于异种金属焊接。

(6)柔性大,易于实现高速自动化焊接,等等。

++缺点:

(1)激光器及焊接系统各配件价格昂贵,初期投资成本高。

(2)激光焊接的聚焦光斑较小,因此对工件接头的装配精度要求较高。

(3)固体材料对激光的吸收率低,能量转化率较低,不足10%。

(4)焊接过程中可能产生等离子体,影响焊接质量。

2.分类

2.1

常见的激光焊接技术,即纯激光焊接、激光填丝焊接和激光电弧复合焊接,也是高功率激光焊接的主要焊接技术方法

纯激光焊接时因没有填充金属,对焊接件接头间隙有相当高的要求,要求间隙小、避免大的错边,所以厚板单道激光对接焊时一般较少采用纯激光焊,以避免出现过大的焊缝表面凹陷。

激光填丝焊则因填充金属加入而使其对间隙有一定的容忍度。

激光电弧复合焊,这里一般指激光-熔化极电弧复合焊,则因为熔化极的高效率熔化而进一步提高了间隙容忍度,激光电弧复合焊具有其焊接速度最高、接头疲劳性能最优,一次可焊板厚大于埋弧焊,并与纯激光焊接相同;焊接变形比埋弧焊小一个数量级,与激光填丝焊的接近;其间隙容忍度介于激光填丝和埋弧焊之间。由此可以看到,激光电弧复合焊既有高的焊接生产率又有较高的间隙容忍度,是中厚板和厚板激光焊接的优选焊接方法

2.2 锁孔深熔焊接:

激光焊接LBW的优势——激光加工(2)

1. Pr: 反冲压力,由表面的粒子蒸发引起;

2. Pv:由金属蒸发引起的蒸汽压;

4. Pg:重力压力,在深锁孔的情况下;

5. Ps 表面张力压力,锁孔表面就像一个圆柱形的弹性膜,当能量密度低于临界水平时,就会使锁孔破裂。

激光焊接LBW的优势——激光加工(2)

光纤激光是近几年来得到快速发展的固体激光器,其激光器结构独特并且创新。输出激光功率达25kW以上的高质量光束。因结构紧凑、维护简单、运行可靠,已表现出良好的应用势头,在相当多的领域正在逐步替代传统的Nd:YAG激光和CO2激光器。

激光复合焊工艺,采用7.8kW和10kW的激光功率焊接了6mm和10mm的船用钢板,焊接速度分别达到3.2m/min和1.5m/min

15mm厚的钛合金TA6V 可选17kW纯CO2激光,以1.6m/min焊接速度;

6mm厚的5086铝合金 采用15kWCO2激光功率、2.6m/min焊接速度

12mm厚的EH36船用钢板、12mm厚的不锈钢 可选用10kW CO2激光和熔化极气保护焊(MAG)的复合焊接

2.3 破口形式

激光焊接LBW的优势——激光加工(2)

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激光焊接LBW的优势——激光加工(2)

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