脉冲激光焊接工艺[业界研究]

1、脉冲激光焊接工艺,1,业界荟萃,概述,1、激光焊接是一种新兴的焊接工艺，它相对各种传统焊接最大的优势就是热影响范围小，变形小，焊缝精美。 2、脉冲激光焊接一般用于点焊和中小功率的缝焊，焊接厚度一般不大于1mm。,2,业界荟萃,在脉冲激光焊中用到的一些名词,1、注入峰值电功率：由激光电源提供给氙灯的电功率。其值P23.7I3/2。 2、激光平均功率：实际输出的激光功率，大约等于注入平均电功率的2-3。我们的机器上是几十到几百瓦。 3、激光峰值功率：激光在实际出光时的瞬间功率。由于我们是使用脉冲激光，激光峰值功率等于平均功率除以占空比。在我们的机器上一般是几个千瓦的数量级。,3,业界荟萃,激光波形

2、解释,脉宽5ms 频率1000/20=50Hz 峰值功率1KW 平均功率1520250W,1,4,业界荟萃,在脉冲激光焊中用到的一些名词,激光功率密度：单位面积内的激光功率。等于激光峰值功率除以光斑面积。用于焊接一般是104W/cm2 105W/cm2级别。 激光脉冲能量：指单个脉冲所输出的能量。由储能电容容量、电压和氙灯决定。这是一个重要的指标，在点焊的时候，单点能量的稳定性对焊接的质量影响很大。,5,业界荟萃,在脉冲激光焊中用到的一些名词,脉冲宽度：单个脉冲的时间。 脉冲频率：每秒钟内激光脉冲重复的次数。 点距：相邻两个焊点间的距离。点距越小，焊接会越慢。画图时注意穿透焊和对接焊两种。 焊

3、接速度：等于频率乘以点距。,6,业界荟萃,表面对接焊点距说明,7,业界荟萃,穿透焊点距说明,8,业界荟萃,以下参数会对脉冲激光焊接造成影响,一、吸收率的影响 二、功率密度的影响 三、波形的影响 四、脉宽的影响 五、离焦量的影响 六、聚焦透镜焦距的影响,9,业界荟萃,吸收率的影响,1、激光波长越短，吸收率越高； 2、一般导电性好的材料，反射率都很高； 对YAG激光来说，银的反射率是96，铝是92，铜90，铂89，而铁只有60。 3、温度越高，吸收率越高，呈线性关系。 4、表面涂层的影响，一般涂磷酸盐、碳黑、石墨等以提高吸收率。,10,业界荟萃,功率密度的影响,1、功率密度直接影响表面材料的温升时

4、间，功率密度越大，温度升得越快。拿不锈钢来说，当注入功率密度在3.5104W/cm2的时候，材料表面会在1ms内被加热到熔点1500度，而注入功率在6.3104W/cm2时，材料表面会在1ms内被加热到沸点2700度。根据这个资料，我们可以算出来对应WF200，SI600的光纤，100对100的镜头，使不锈钢表面在1ms内升温到1500度约为20A，升到2700度约为29A。,11,业界荟萃,功率密度的影响,2、当注入功率引起的材料温度上升速度小于散热的速度时，材料温度下降。 3、几种常用材料在1ms内升温到各温度点对应的功率密度：,12,业界荟萃,波形的影响,由于材料在固态和液态下对激光体现

5、出不同的吸收率，在固态下反射率较高，而液态下较低，这意味着如果不改变能量注入的波形，则随着物质表面状态的变化，吸收的能量变多，出现气化。,13,业界荟萃,波形的影响,一般的，如果考虑反射率的变化，要维持材料的表面温度不变，则注入能量随时间的变化大概如下图所示：,考虑反射率,14,业界荟萃,波形的影响,上面的波形都是针对点焊来说的，而缝焊时一般采用一个方波即可。如右图所示： 对于一些容易裂纹的材料，则需要在波形上加一段预热和一段缓冷的时间，如右图所示：,预热,缓冷,15,业界荟萃,脉宽的影响,1、设注入功率为I0时，需要时间t0后表面温度达到T，熔深为h0，功率为I1时需要时间为t1，熔深为h1，则有: I0 /I1=(t1 / t0)1/2 h1 /h0=(t1 / t0)1/2 2、达到同样的熔深，有两种方式：增加功率密度和增加脉宽，增加功率密度可以让输入能量降低，增加脉宽可以让焊接更加稳定。 3、如热影响范围有要求，则脉宽不能太大。 4、脉宽增大到一定程度后，熔深不会再增加。,16,业界荟萃,离焦量的影响,1、激光焦点并不等于聚焦镜的焦点。 2、离焦量聚焦镜和工件间的距离焦距，为负值时就是负离焦，为正值就是正离焦。 3、离焦量相同时，负离焦可以获得更大的熔深，正离焦会得到更好的表面效果。 4、离焦量为0时，焊接对