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激光焊接熔深與焊接線能量的關系

发布时间:2016-07-18 | 来源:星鴻藝激光焊接运营部 | 分享:


    由于粉末冶金材料内部存在孔隙,其结合强度远比熔炼材料要低,在保证焊接熔深的条件下,必须采用最低线能量输入,以减小焊接热影响区。焊接线能量是激光作用于焊接方向单位长度的能量,为能量是否有效利用的重要参数。激光深熔焊的全熔透工艺条件,全熔透曲线和板厚有关,对厚板来说,稳定深熔焊曲线应当包含全熔透曲线。为研究焊接线能量对焊接结果的影响,考察Co粉末材料激光焊接单位长度的能量输入(以下简称线能量)与熔化深度的关系,焊接线能量W(单位kj/cm)定义为
    W=P/v
式中,P爲工件表面的入射激光功率,v爲焊接速度。
    作者采用EFA51型CO2激光器,f/5的聚焦系统,在厚度分别为3 mm、4 mm的纯Co烧结试样板上进行试验。小孔上空的等离子焰用侧吹He气压缩,气流与工件表面成45o角,主吹氩气保护熔池,以背面出现均匀等宽的背面焊缝为刚好全熔透焊缝。
    产生全穿透焊接的热输入与激光功率和焊接速度均成函数关系,在激光功率一定时,可得到一个最小热输入的焊接速度。同理,在焊速一定时,也可得到一个最小的热输入功率。随着激光功率和焊速按一定比例增加,可以得到窄而深的焊缝且热输入减少,而随着焊速的减小和功率的增大,焊缝熔深变浅。
    取激光焊接機激光功率为0.8—1.3 kW,调节焊接速度和离焦量,板厚3mm'除能得到全焊透,得出一系列全焊透条件下的线能量。结果表明,激光功率为1.2 kW时,线能量W有一最小值,此时v=15 mm/s,W=0.8 kj/cm,焊缝的深宽比最大。取线能量为0.6kj/cm的条件下进一步的实验发现,焊缝熔深随激光功率变化,在同样的线能量输入条件下,焊缝熔深随激光功率的提高而增加,而熔宽却几乎保持不变。因此对基于小孔效应的焊接方法而言,提高激光功率密度对增加焊缝熔深的作用要比减小焊接速度的效果明显。
    在4 mm厚试样表面扫描焊缝,得出焊接熔深与线能量有若干对应的分散点,焊接线能量包络曲线,即最小线能量的曲线如图,通过计算分析得出包络线的数学表述为
    H=一0. 32+3.6W0.25 
式中,H爲焊接穿透深度(mm),W爲線能量(k/cm)。

焊接能量线


    图Co粉试样激光焊接熔深與焊接線能量的關系
    一个实际焊接中所给定的参数的数据落在这个曲线上都可认为是一神好的参数状态。若选定的数据处在图中包络曲线下,则可认为这个焊接系统的能量利用效率较低,这就要分析是否由激光传输系统或聚焦系统以及其它方面的因素引起。值得注意的是,在大部分实际的激光深穿透焊接中,所选定的数据均略在图中曲线之下,但这些焊接参数仍是可接受的。对激光深熔焊来说,高功率大速度可以使激光的有效利用率提高,而且采用较高的激光功率能够得到更大的稳定深熔焊的焦点位置范围。当然,这种激光功率的提高有一定限度,因为过高的激光功率使等离子体对激光的吸收加强,反而降低熔深。实际上,当激光功率很小时,通过降低焊接速度可以获得较大的线能量。

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