激光焊接机应用之激光深熔焊原理

激光焊接机的深熔焊通常使用光纤连续激光束来完成材料的连接。冶金物理过程与电子束焊接非常相似，也就是说，能量转换机制是通过“钥匙孔”结构完成的。
 
当足够高的功率密度激光照射下，材料蒸发并形成小孔。这个充满蒸汽的孔就像一个黑体，吸收了几乎所有入射光束能量。空腔中的平衡温度达到约2500°C。热量从高温腔的外壁传递，以熔化腔周围的金属。小孔中充满了高温蒸汽，该高温蒸汽是在射线束照射下壁材连续蒸发所产生的。小孔的四个壁被熔融金属包围，液态金属被固体材料包围。在大多数常规焊接工艺和激光传导焊接中，能量首先沉积在工件表面，然后传输到工件表面。孔壁外部的液体流动和壁层的表面张力与空腔中连续产生的蒸汽压力保持动态平衡。光束连续进入小孔，小孔外面的物料连续流动。随着光束的移动，小孔始终处于稳定的流动状态。换句话说，小孔和围绕孔壁的熔融金属以引导光束的前进速度向前移动，熔融金属填充小孔留下的间隙并凝结，形成焊缝。以上所有过程的发生都非常快，以至于焊接速度很容易达到每分钟几米。
 

 
激光深熔焊的主要工艺参数
 
1、光束焦点。束斑尺寸是激光焊接中最重要的变量之一，因为它决定了功率密度。但是对于大功率激光器，尽管有许多间接测量技术，但其测量仍然是一个难题。
 
可以根据光衍射理论来计算光束聚焦衍射极限光斑尺寸，但是由于聚焦透镜的像差，实际光斑尺寸大于计算值。最简单的实际测量方法是等温轮廓法，该方法使用厚纸烧焦并穿透聚丙烯板以测量焦点和穿孔直径。该方法应通过测量来实践，以掌握激光功率和光束作用时间。
 
2、激光功率。激光焊接中有一个激光能量密度阈值。低于该值，穿透深度非常浅。一旦达到或超过该值，穿透深度将大大增加。仅当工件上的激光功率密度超过阈值时，才会生成等离子体，这标志着稳定的深熔焊的进展。如果激光功率低于该阈值，则仅发生工件的表面熔化，即以稳定的导热率类型进行焊接。当激光功率密度接近于形成小孔的临界条件时，深熔焊和传导焊会交替变成不稳定的焊接过程，从而导致熔深的大幅度波动。在激光深熔焊中激光功率同时控制熔深和焊接速度。焊接熔深与光束功率密度直接相关，并且是入射光束功率和光束焦点的函数。一般而言，对于具有一定直径的激光束，穿透深度随着光束功率的增加而增加。
 
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