激光焊接熔深與焊接線能量的關(guān)系

發(fā)布時(shí)間：2016-07-18 | 來(lái)源：星鴻藝激光焊接運(yùn)營(yíng)部 | 分享：

    由于粉末冶金材料內(nèi)部存在孔隙，其結(jié)合強(qiáng)度遠(yuǎn)比熔煉材料要低，在保證焊接熔深的條件下，必須采用最低線能量輸入，以減小焊接熱影響區(qū)。焊接線能量是激光作用于焊接方向單位長(zhǎng)度的能量，為能量是否有效利用的重要參數(shù)。激光深熔焊的全熔透工藝條件，全熔透曲線和板厚有關(guān)，對(duì)厚板來(lái)說(shuō)，穩(wěn)定深熔焊曲線應(yīng)當(dāng)包含全熔透曲線。為研究焊接線能量對(duì)焊接結(jié)果的影響，考察Co粉末材料激光焊接單位長(zhǎng)度的能量輸入（以下簡(jiǎn)稱(chēng)線能量）與熔化深度的關(guān)系，焊接線能量W(單位kj/cm)定義為
    W=P/v
式中，P為工件表面的入射激光功率，v為焊接速度。
    作者采用EFA51型CO2激光器，f/5的聚焦系統(tǒng)，在厚度分別為3 mm、4 mm的純Co燒結(jié)試樣板上進(jìn)行試驗(yàn)。小孔上空的等離子焰用側(cè)吹He氣壓縮，氣流與工件表面成45o角，主吹氬氣保護(hù)熔池，以背面出現(xiàn)均勻等寬的背面焊縫為剛好全熔透焊縫。
    產(chǎn)生全穿透焊接的熱輸入與激光功率和焊接速度均成函數(shù)關(guān)系，在激光功率一定時(shí)，可得到一個(gè)最小熱輸入的焊接速度。同理，在焊速一定時(shí)，也可得到一個(gè)最小的熱輸入功率。隨著激光功率和焊速按一定比例增加，可以得到窄而深的焊縫且熱輸入減少，而隨著焊速的減小和功率的增大，焊縫熔深變淺。
    取激光焊接機(jī)激光功率為0.8—1.3 kW，調(diào)節(jié)焊接速度和離焦量，板厚3mm'除能得到全焊透，得出一系列全焊透條件下的線能量。結(jié)果表明，激光功率為1.2 kW時(shí)，線能量W有一最小值，此時(shí)v=15 mm/s，W=0.8 kj／cm，焊縫的深寬比最大。取線能量為0.6kj／cm的條件下進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，焊縫熔深隨激光功率變化，在同樣的線能量輸入條件下，焊縫熔深隨激光功率的提高而增加，而熔寬卻幾乎保持不變。因此對(duì)基于小孔效應(yīng)的焊接方法而言，提高激光功率密度對(duì)增加焊縫熔深的作用要比減小焊接速度的效果明顯。
    在4 mm厚試樣表面掃描焊縫，得出焊接熔深與線能量有若干對(duì)應(yīng)的分散點(diǎn)，焊接線能量包絡(luò)曲線，即最小線能量的曲線如圖，通過(guò)計(jì)算分析得出包絡(luò)線的數(shù)學(xué)表述為
    H＝一0. 32+3.6W0.25 
式中，H為焊接穿透深度(mm)，W為線能量(k／cm)。

    圖Co粉試樣激光焊接熔深與焊接線能量的關(guān)系
    一個(gè)實(shí)際焊接中所給定的參數(shù)的數(shù)據(jù)落在這個(gè)曲線上都可認(rèn)為是一神好的參數(shù)狀態(tài)。若選定的數(shù)據(jù)處在圖中包絡(luò)曲線下，則可認(rèn)為這個(gè)焊接系統(tǒng)的能量利用效率較低，這就要分析是否由激光傳輸系統(tǒng)或聚焦系統(tǒng)以及其它方面的因素引起。值得注意的是，在大部分實(shí)際的激光深穿透焊接中，所選定的數(shù)據(jù)均略在圖中曲線之下，但這些焊接參數(shù)仍是可接受的。對(duì)激光深熔焊來(lái)說(shuō)，高功率大速度可以使激光的有效利用率提高，而且采用較高的激光功率能夠得到更大的穩(wěn)定深熔焊的焦點(diǎn)位置范圍。當(dāng)然，這種激光功率的提高有一定限度，因?yàn)檫^(guò)高的激光功率使等離子體對(duì)激光的吸收加強(qiáng)，反而降低熔深。實(shí)際上，當(dāng)激光功率很小時(shí)，通過(guò)降低焊接速度可以獲得較大的線能量。

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