离焦量

焦量是激光焦点离作用物质间的距离。在焊接过程中,离焦量对焊接质量的影响很大。激光焊接通常需要一定的离焦量,因为激光焦点处光斑中心的功率密度过高,容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上,功率密度分布相对均匀。

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离焦方式按焦平面与工件的位置关系,可分为正离焦负离焦,焦平面位于工件上方为正离焦,反之为负离焦。按几何光学理论,当正负离焦平面与焊接平面距离相等时,所对应平面上功率密度近似相同,但实际上所获得的熔池形状不同。负离焦时,可获得更大的熔深,这与熔池的形成过程有关。实验表明,激光加热50200us材料开始溶化,形成液相金属并出现部分汽化,形成使压蒸汽,并以极高的速度喷射,发出耀眼的白光。与此同时,高浓度汽体使液相金属运动至熔池边缘,在熔池中心形成凹陷。当负离焦时,材料内部功率密度比表面还高,易形成更强的熔化、汽化,使光能向材料更深处传递。所以在实际应用中,当要求熔深较大时,采用负离焦;焊接薄材料时,宜用正离焦。当离焦较小时,就会产生较高的功率密度,在微秒时间范围内,表层即可加热至沸点,产生大量汽化。因此,高功率密度对于材料去除加工,如打孔、切割、雕刻有利。当离焦量适中,激光处于较低功率密度时,表层温度达到沸点需要经历数毫秒,在表层汽化前,底层达到熔点,易形成良好的熔融焊接。

焊接时,光束的聚焦特性(包括焦距和离焦量)对焊接质量有影响。采用短焦距可获得较高的能量密度,光斑小,要求工件配合间隙要小。长焦距能量密度低,焦距较大,但仍可维持一定的能量密度。对接头定位的精度不高时,能量密度足够用于焊接时,可采用长焦距焊接。焦平面位于工件上方的为正离焦,反之为负离焦。正、负离焦量相等时,平面上的功率密度近似相同,但熔池形状不同。在实际运用中,薄板焊接时,熔深小,适宜用正离焦;熔深较大时,采用负离焦,如果离焦太远效果也不明显,能量也比较容易分散。通过调节离焦量可以在光束的某一截面选择一光斑直径使其能量密度适合于焊接。在实际加工中,离焦量的控制应先在加工的材料上进行试加工,选择合适的电流及脉宽大小、激光频率,看激光打在材料上的情况,合适的离焦量基本无熔渣溅出。

焊接质量影响因素

影响到激光焊接质量的主要参数有焊接电流、脉冲宽度、脉冲频率等,其影响效果主要如下:

1.随着电流的增大,焊缝的宽度增大,焊接过程逐渐出现飞溅,焊缝表面出现氧化现象,并有粗糙感。

2.随脉冲宽度的增大,焊缝的宽度也在增大。脉宽的变化对不绣钢超薄板激光焊接机焊接的效果影响非常显著。脉冲宽度的微小增大,都可能导致试样被氧化和烧穿。

3.随脉冲频率的增加,焊点重叠率增大,焊缝宽度先增大.后基本保持不变。在显微镜下观察,焊缝越来越光滑美观。但脉冲频率増加到一定值时,焊接过程飞溅严重,焊缝变得粗糙,并且焊接件的上下表面都出现氧化现象。

4.超薄板材料的激光焊接适宜釆用正离焦,在相同离焦量的情况下,正离焦激光焊得到的焊缝表面比负离焦时要光滑美观。

脉宽的选择原则

脉宽由熔深与热影响分区确定,脉宽越长热影响区越大,熔深是随脉宽的 1/2次方增加。但脉冲宽度的增大会降低峰值功率,因此增加脉冲宽度一般用于热传导焊接方式,形成的焊缝尺寸宽而浅,尤其适合薄板和厚板的搭接焊。但是,较低的峰值功率会导致多余的热输入。对于每种材料,都有一个可使溶深达到的脉冲宽度。钢的脉冲宽度为5 ~ 8ms。

1.对于熔深需要在0.11mm以下的激光焊接,若对热影响区,或者说热损伤区有严格的要求,则脉宽主要由热影响区来确定,即在热损伤区允许的情况下,脉宽选在l.5ms左右为好。

2.对于熔深需要在0.1-0.2mm、对焊点仅有强度要求、对热影响区无严格要求的一类单次脉冲微型焊接,大部分金属的激光脉宽选择在3ms左右。对此类,脉宽的选取主要决定于焊点形成牢固可靠的熔融焊接时,热通量密度变化的可允许范围。

3.熔深要求大于0.33mm的一类焊接,脉宽选取主要决定于熔深。