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激光焊接
激光焊接工艺通常比切割工艺复杂一些。
1、等离子云 Plasma Cloud
2、熔融物 Molten material
3、钥匙孔 Keyhole
4、焊接深度 Weld depth
图为热传导激光焊接原理
激光焊接的特点是:
(1)非接触焊接,通常不需要填料。
(2)焊接速度快,热影响区小,工件不易变形。
激光焊接属于热传导型,即激光辐射加热工件材料表面,表面热量通过热传导向内部扩散,使工件熔化,形成特定的熔池。在焊接过程中,光能除熔化金属外,还以汽化、形成等离子体等形式表现出来。要实现良好的焊接,就要控制激光参数,使激光能量主要用于金属熔化
激光焊接过程中,激光与金属相互作用过程主要涉及光的反射、吸收、热传导及物质的传导。由于辐射到材料表面的功率密度较低,光能量仅被表层吸收,不产生非线形或小孔效应。当光穿透微米量级后,光强趋于零。材料内部加热以传导方式进行。当表面温度达到熔点,表面熔化且熔化波前向材料内部传播,其传播速度与激光功率密度、材料的液相和固相热力学参数有关。
焊接时要求金属表面在沸点附近的状况下传递能量。最大熔深反比于功率密度,正比于热传导。
团结普瑞玛生产的平板叠层焊接机,焊接对象为两层,中间有空气隙,情形比较复杂。
(1) 两层金属之间的间隙多为空气,空气的热传导率远小于金属,可用热阻α1表示,
α1=2K3/h
式中,K3-空气热导率,h-空气隙距离。
热量在两层金属之间的传导表现为对流效应。
(2) 由于非理想接触,在空气隙消失前,上层下表面(我们权且称之为F12面,而将上层上表面称为F11面)的温度-时间曲线,与下层上表面(我们权且称之为F21面)的显著不同。由于激光热源的能量传导受阻,F12面温度出现急剧上升的过程。如果参数控制不当,在焊接完成前,表面温度易超过沸点,形成材料汽化,甚至出现孔洞,因而不能实现良好连接。
(3) 形成熔融焊接所需要的最小能量随着空气隙增加而增加。当间隙小于上层材料厚度(以T1表示)的1/10,即h< T1时,可忽略间隙的影响。
T1≤h≤ T1, 最小能量与间隙呈线性关系。
当h> T1,最小能量与间隙呈指数上升关系,功率密度增高;同时,上层材料向下层材料的热量传递变缓。共同效应造成表面温度急剧上升,超过沸点,形成孔洞的几率大增。固应设法控制两层材料间的空气隙。
图为激光叠层焊接时表面温度-时间曲线
图为激光叠层焊接能量-间隙曲线
(4) 上层金属的下表面熔化时,由于液态金属的流动,间隙消失,h=0,α1g∞。
(5) 下层金属的上表面熔化时,认为焊接完成。
在激光焊接过程中,等离子体现象是不可忽视的影响因素。
物质除固态、液态、气态(统称为凝聚态)外,还有第四态-等离子体。
气体被加热到几千度以上的高温后,气体中原子部分或完全被电离成正离子和电子,其中自由电子和正离子所带的负、正电荷量相等,而整体又呈电中性,行为受电磁场影响,这种状态的物质称为等离子体。等离子体服从气体遵循的规律,但还具有一系列新的独特的性质,具有高温、高流动性和高导电性。等离子体是电和热的良导体,等离子体中带电粒子的电磁作用,有时也使等离子体本身像液体一样,在强磁场的作用下,凝集成具有清晰边界