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激光模具焊接機八大特點

激光模具焊接機是直接用高能量的激光束進行工作,屬于非接觸式的焊接,可將機具的損耗降到最低。激 光的光束能力特征包括激光束的波長和激光束的功率。

激光模具焊接機八大特點:

1、激光輸出功率

激光模具焊接機工件表面某點吸收能量的多少由激光輸出功率和激光輻照時間共同決定。在其他參數都相同的條件下(如能量分布、焦點位置等),增加激光輸出功率可提高焊接速度、增大焊接熔深。焊接熔深直接與光束功率密度有關,對一定直徑的激光束,溶深隨著光束功率提高而增加。無論對連續還是脈沖激光,激光功率越大則工件所能吸收的能量值越高,材料所達到的溫度就越高。但隨著聚焦透鏡焦長變化,功率會由此改變。

2、焦點位置(離焦量、焦距)

激光模具焊接機加工時,光束的聚焦特性(包括焦距和離焦量)對焊接質量有影響。采用短焦可獲得較高的能量密度,光斑小,要求工作配合間隙要小。長焦距能量密度低,焦距較大,但仍可維持一定的能量密度。對接頭定位的精度不高時,能量密度足夠用于焊接時,可采用長焦距焊接。

焦平面位于工件下方為正離焦,反之為負離焦。正、負離焦量相等時,平面上的功率密度近似相同,但熔池形狀不同。在實際運用中,薄板焊接時,熔深小,適宜用正離焦;熔深較大時,采用負離焦,如果離焦太遠效果也不太明顯,能量也比較容易分散。通過調節離焦量可以在光束的某一截面選擇光斑直徑使其能量密度適合于焊接。在實際加工中,離焦量的控制應先在加工的材料上進行試加工,選擇合適的電流及脈寬大小、激光頻率,看激光打在是材料上的情況,合適的離焦量基本無熔渣濺出。

3、脈沖頻率

激光模具焊接機激光脈沖頻率、光斑尺寸和焊接速度相互匹配,才能達到所需的重疊率。當焊接點達到90%以上的重疊率時基本符合焊縫要求,但是也要根據對加工工件的粗糙度及焊接要求來選擇。對于非密封焊接,焊接速度不變情況下,激光脈沖頻率降低,焊接點之間重疊率就降低,相對焊縫表面會比較粗糙。一般來說,重疊率越大,焊縫越光滑,但焊接速度也相應降低。當激光脈沖頻率超過一定值時,重疊率過大,超過材料的焊接極限,容易焊穿或出現焊渣。

4、激光脈沖寬度

激光模具焊接機激光脈寬由熔深與熱影響區確定,脈寬越長熱影響區越大,熔深是隨脈寬的1/2次方增加。但脈沖寬度的增大會降低峰值功率,因此增加脈沖寬度一般用于熱傳導焊接方式,形成的焊縫尺寸寬而淺,尤其適合薄板和厚板的搭接焊。但是,較低的峰值功率會導致多余的熱輸入。對于每種材料,都有一個可使熔深達到最大的最佳脈沖寬度。鋼的最佳脈沖沖寬度為(5~8)×10ˉ3S.

5、焊接速度

提高焊接速度會使熔深變淺。所以,一般在焊接薄板或焊接性較好材料時使用高速焊接:厚板、難焊材料速度要降低。焊接速度對熔池和焊縫形狀也有影響。低速下熔池大而寬,且易產生下塌,高速焊接時,焊縫中心強烈流動的液態金屬由于來不及從新分布,便在焊縫兩側凝固,形成不平整焊縫。對于一定激光功率和一定厚度的某特定材料都有一個合適的焊接速度范圍。

6、激光脈沖波形

激光脈沖波形在脈沖激光焊接加工中是一個重要問題,激光模具焊接機尤其對于薄片焊接。當高強度激光束射入材料表面,會將60~98%的激光能量反射而損失掉,尤其是金、銀、銅、鋁、鈦等材料反射強、傳熱快。一個激光脈沖訊號過程中,金屬的反射率隨時間而變化。當材料表面溫度升高到熔點時,反射率會迅速下降,當表面處于熔化狀態時,反射穩定于某一值。對于波長1.064um的激光束,大多數材料初始反射率較高,因此常用帶有前置尖峰的激光輸出波形。利用開始出現的尖峰迅速改變表面狀態,使其溫度上升至熔點,從而使材料表面反射率較低。對于鋼及類似黑金屬,其表面反射率比有色金屬低,宜采用平坦的激光波形。在實際焊接中可針對不同材料的焊接特性,靈活調整脈沖波形。如對于易脆材料可以采用能量緩慢降低的脈沖波形,減慢冷淬速度。

7、材料吸收率

激光束與材料吸收的相容性取決于材料的一些重要性能,如吸收率、反射率、熱導率等,其中最主要是吸收率。材料吸收率與材料的電阻系數和光潔度都有關系。美國羅切斯特大學研究人員利用高能脈沖激光處理的方法,改變金屬特性,將會大大提高金屬吸收的能力。材料的表面狀態對光束吸收率有較大影響,建議利用采用表面涂層或表面生成氧化膜的方法,對提高材料對光束的吸收很有效。

8、保護氣體

激光模具焊接機焊接過程使用惰性氣體來保護溶池,一般情況下用氮氣、氬氣、氦氣。氦氣成本最高,但其防氧化效果好,且電離度小,不易形成等離子體。氬氣的防氧化效果也好,但是它易電離,一般如鋁,鈦等活潑性金屬用氬氣做保護氣,而將氬氣和氦氣按一定比例混合使用效果更好。氮氣成本最低,一般用于不銹鋼激光焊接。



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