影响激光焊接效果的重要因素（上篇）
发布时间：2014-09-12 阅览次数：1376 次
激光焊接技术的进步使激光焊接机在各个工业加工领域得到广泛使用。一些激光焊接机重要的参数会影响焊接能力，直接影响焊接质量。激光焊接加工中只要运用好这些参数，掌握变化规律，就可以对产品的不同的要求，调整焊缝获得最佳的焊接性能。
激光焊接技术的成熟使创想激光焊接机在各个工业加工领域得到广泛使用。一些激光焊接机重要的参数会影响焊接能力，直接影响焊接质量。激光焊接加工中只要运用好这些参数，掌握变化规律，就可以对产品的不同的要求，调整焊缝获得最佳的焊接性能。我们先从激光输出功率、激光脉冲波形 、激光脉冲宽度、焦点位置这些因素对激光焊接效果的影响。
1、激光输出功率 工件表面某点吸收能量的多少由激光输出功率和激光辐照时间共同决定。在其他参数都相同的条件下(如能量分布,焦点位置等)，增加激光输出功率可提高焊接速度、增大焊接熔深。焊接碳钢时输出功率对熔深及焊接速度的影响如图1所示。焊接熔深直接与光束功率密度有关，对一定直径的激光束，熔深随着光束功率提高而增加。无论对连续激光还是脉冲激光，激光功率越大，则工件所能吸收的能量值越高，材料所能达到的温度就越高。随着聚焦透镜焦长变化，功率会由此改变。
图1、功率对熔深以及焊接深度的影响
2、激光脉冲波形 激光脉冲波形在脉冲激光焊接中是一个重要问题，尤其对于高反材料的焊接。当高强度激光束射入材料表面，会将30～80％的激光能量反射而损失掉，尤其是金、银、铜、铝、钛等材料反射强、传热快。一个激光脉冲讯号过程中，金属的反射率随时间而变化。当材料表面温度升高到熔点时，反射率会迅速下降，当表面处于熔化状态时，反射稳定于某一值。对于波长1064μm的激光束，大多数材料初始反射率较高，因此常采用带有前置尖峰的激光输出波形，利用开始出现的尖峰迅速改变表面状态，使其温度上升至熔点，从而使材料表面反射率较低。对于钢及类似等黑金属，其表面反射率比有色金属低，宜采用平坦的激光波形。在实际焊接中可针对不同材料的焊接特性，灵活调整脉冲波形。如对于易脆材料可以采用能量缓慢降低的脉冲波形,减慢冷淬速度。
3、激光脉冲宽度 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，都有一个可使熔深达到最大的最佳脉冲宽度。钢的最佳脉冲宽度为（5～8）×3 10−S。
4、焦点位置（离焦量、焦距） 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。图2表示焦点位置对1018钢熔深及缝宽的影响。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。
图2 焦点位置对1018钢熔深及缝宽的影响
激光焊接机在我们生产生活中非常普遍，在下篇我们可以了解到更多影响激光焊接效果的因素，如：脉冲的频率、材料的吸热率、焊接的速度、保护气体。
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