了解激光焊的实质
激光焊可分为脉冲激光点焊和连续激光焊(包括高频脉冲连续焊)。根据聚焦点上的功率密度,可分为熔化焊和小孔焊。
熔化焊是金属材料的表面在加热时不会超过激光斑上的功率密度低的沸点。吸收的激光能转化为热能后,工件通过热传导熔化,其熔深轮廓与半球形相似。这种传热熔化焊接工艺类似于非熔化极电弧焊。
当激光斑上的功率密度足够大时,金属在激光照射下迅速加热,其表面温度在很短的时间内升高到沸点,金属气化。金属蒸汽以一定速度离开熔池表面。熔化金属产生额外的压力反应,使其向下凹陷,在激光斑的作用下产生小凹坑。随着加热过程的进行,激光可以直接进入坑底形成细孔。当金属蒸汽的反冲压力与液态金属表面张力和重力平衡时,孔不再深入。当光斑的功率密度和大时,产生的孔会穿透整个板厚,形成穿透焊缝(或焊点)。在连续激光焊接过程中,小孔沿焊接方向与光束相对于工件。金属在小孔前熔化,绕过小孔流向后,再凝结形成焊缝。
激光焊接过程中的等离子子体云在高功率密度条件下进行激光焊接时,可以发现在激光和金属作用区,金属蒸发极其激烈,红色金属蒸汽不断从小孔中逸出,金属表面熔池上方有一个蓝色等离子体云,与小孔有关。并对焊接过程产生不利影响,会降低金属表面获得的激光能量,降低焊接熔深,加宽焊缝表面,使焊接过程不稳定。
在焊接过程中克服等离子体云影响的常用方法是通过喷嘴将惰性气体吹到熔池表面,并利用气体的机械吹力驱除等离子体云,使其偏离熔池上方。还可以利用较低温度的气体降低熔池上方高温气体的温度,抑制等离子云的高温条件。也可采用高频脉冲激光焊,使每个激光脉冲的加热时间少于更离子云(约0.5ms),在等离子云生成之前,焊接加热已经结束。此外,高速焊接或段波长激光也可用于焊接,这也可以减少等离子云对焊接过程的干扰。还有去等离子云的设备,包括控制主机和通过电连接到控制主机的感应线圈。感应线圈位于等离子云的正上方,主机控制感应线圈产生快速去除等离子云的交替磁场。
长焦距聚焦镜不宜用于激光焊接和切割。也就是说,在焦平面上,光束直径d与透镜焦距f和光束发散角θ有关(d=fθ),激光焊接切割时,为了获得足够高的功率密度,一般不允许光束发散角过大,也不使用长焦距聚焦镜。激光熔焊法不宜用于高校焊接。由于激光熔焊是通过热传导将激光能量传输到工件内部,激光利用率低,焊接速度慢,熔深浅,不易焊接厚板工件。激光深熔焊具有小孔的特点。通过等离子体和孔壁的多次反射,进入小孔的激光几乎被完全吸收。它是一种高效的焊接方法,适用于厚板焊接和具有小孔效应的高速薄板焊接。
为安全起见,激光焊接场地入口处应挂上相应的警示标志。激光的光束传输路线要求高于人的身高,并在封闭的管道中传输。打开激光器或给脉冲器电容器充电时,给出声光警告。在激光工作时,避免眼睛和皮肤受到激光辐射的直接或漫反射。如果条件允许,工作场所应关闭,只留下观察孔。观察孔配有衰减装置,操作人员应在封闭罩外或遥控操作。通风装置和防火安全装置应安装在工作场所。