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高功率興義激光焊接技術

文章出處:新聞中心 責任編輯:東莞市厚街旭鑫五金加工廠 發(fā)表時間:2016-11-05
  

要進行高功率激光焊接自然首先需要有高功率激光。通常我們把輸出功率在1kW以上的激光稱為高功率激光。當然,激光類型不同,其高功率的界限實際上會有所不同。自上世紀90年代以來,激光技術有了快速發(fā)展,商用激光器的輸出功率不斷提高,從而使高功率激光焊接得以實現(xiàn)。 在現(xiàn)有的激光器類型中,二氧化碳(CO2)激光器和固體激光器是目前主要的2種高功率激光器。 CO2激光器為氣體激光器, 以He:N2:CO2混合氣體為激光工作氣體,通過對CO2分子的激勵而發(fā)出激光,激光波長為10.6μm。由于氣體介質(zhì)在諧振腔內(nèi)的分布均勻性好,所以容易獲得近衍射極限的高斯光束。CO2激光器按照結(jié)構(gòu)可細分為多種類型,其中快速軸流型、橫流型和擴散冷卻型是市場上高功率CO2激光器的三大類型。這其中又以擴散冷卻型的可達激光束質(zhì)量最高,以快速軸流型的輸出功率最高(可達20kW以上)。市場上高功率的固體激光器主要有3類, 即Nd:YAG激光、光纖激光和半導體激光, 它們輸出激光的波長均在1μm左右。半導體激光因受限于其工作機理而只能獲得光束質(zhì) 量較差的激光, 即激光的發(fā)散角大、方向性差。所以半導體激光主要用 于堆焊 (表面熔敷)、釬焊和淺熔深焊接。Nd:YAG激光的最大輸出功率 已達6kW。在其基礎上發(fā)展起來的盤片式激光器輸出功率可達8kW, 電光轉(zhuǎn)換效率達20%以上。光纖激光 是近幾年來得到快速發(fā)展的固體激光器,其激光器結(jié)構(gòu)獨特并且創(chuàng)新。光纖激光以雙包層光纖為諧振腔, 以二極管激光為泵浦源, 其多模狀態(tài)下可輸出激光功率達25kW以上的高 質(zhì)量光束。因結(jié)構(gòu)緊湊、 維護簡單、運行可靠, 已表現(xiàn)出良好的應用勢頭, 在相當多的領域正在逐步替代傳統(tǒng)的Nd:YAG激光和CO2激光器。        主要激光焊接技術 目前,常見的激光焊接技術,即純激光焊接、激光填絲焊接和激光電弧復合焊接,也是高功率激光焊接的主要焊接技術方法。 純激光焊接時因沒有填充金屬,對焊接件接頭間隙有相當高的要求,要求間隙小、避免大的錯邊,所以厚板單道激光對接焊時一般較少采用純激光焊,以避免出現(xiàn)過大的焊縫表面凹陷。激光填絲焊則因填充金屬加入而使其對間隙有一定的容忍度。激光電弧復合焊,這里一般指激光-熔化極電弧復合焊,則因為熔化極的高效率熔化而進一步提高了間隙容忍度。同時電弧熱源的加入,使焊接過程熱循環(huán)的變化更豐富。這3種高功率興義激光焊接技術的原理和典型焊接接頭橫截面形狀。其中所給的激光電弧復合焊原理示意圖中電弧是旁軸式的,通常還會有同軸復合方式。焊縫橫截面形狀上可以發(fā)現(xiàn),純激光和激光填絲焊的焊縫截面形狀是相近的,而激光電弧復合焊的焊縫橫截面形狀結(jié)合了熔化極電弧焊和激光深熔焊的熔深特征,其上部為熔化極電弧形成的上寬下窄的倒三角熔深,下半部為激光束形成的窄而深的熔化區(qū)。 有研究對埋弧焊、激光填絲焊和激光電弧復合焊在焊接速度、一次可焊厚度、間隙容忍度、變形、金相和疲勞性能等方面進行了比較。研究表明,激光電弧復合焊具有最優(yōu)的綜合性能,即其焊接速度最高、接頭疲勞性能最優(yōu),一次可焊板厚大于埋弧焊,并與純激光焊接相同;焊接變形比埋弧焊小一個數(shù)量級,與激光填絲焊的接近;其間隙容忍度介于激光填絲和埋弧焊之間。由此可以看到,激光電弧復合焊既有高的焊接生產(chǎn)率又有較高的間隙容忍度,是中厚板和厚板激光焊接的優(yōu)選焊接方法。

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